Fotosinteza artificială promite o sursă de energie pură și sustenabilă
Oamenii pot face o mulțime de lucruri pe care plantele nu le pot face. Ne putem plimba, putem vorbi, putem auzi, putem vedea și atinge. Însă plantele au un avantaj major față de noi: pot produce energie direct de la soare.
Acest proces de transformare directă a luminii solare în energie utilizabilă – fotosinteza – poate deveni în curând un fenomen pe care oamenii îl pot reconstitui, pentru a valorifica energia soarelui și a obține, astfel, un combustibil curat, stocabil, eficient. În decursul unei ore, pământul este “invadat” de suficientă energie (sub forma luminii solare) cât să satisfacă nevoile civilizației umane pentru un an întreg.
Yulia Puskhar, biofizician și profesor de fizică la Colegiul de Științe Purdue, susține faptul că energia eoliană și cea solară, valorificate de celulele fotovoltaice, reprezintă cele două forme majore de energie curată disponibile.
Adăugarea celei de-a treia – fotosinteza sintetică – ar schimba radical peisajul energiei regenerabile. Capacitatea de a stoca energia cu ușurință, fără a necesita baterii voluminoase, ar îmbunătăți considerabil capacitatea noastră de a ne alimenta societatea în mod curat și eficient.
Atât turbinele eoliene, cât și cele fotovoltaice, prezintă dezavantaje în ceea ce privește efectele asupra mediului. Pushkar consideră că fotosinteza artificială ar putea evita aceste aspecte negative.
„Noi și alți cercetători din întreaga lume lucrăm incredibil de mult pentru a încerca să realizăm această energie accesibilă. Energie curată, pe care o putem crea cu elemente netoxice, ușor accesibile. Fotosinteza artificială este, cu siguranță, calea de urmat.”
Fotosinteza reprezintă un „dans” complex al proceselor prin care plantele transformă strălucirea soarelui și moleculele de apă în energie utilizabilă. Pentru a face acest lucru, ele folosesc un pigment, faimoasa clorofilă, precum și proteine, enzime și metale.
Cel mai apropiat proces de fotosinteza artificială pe care îl au astăzi oamenii este tehnologia fotovoltaică, în care o celulă solară transformă energia soarelui în electricitate. Acest proces este însă ineficient, fiind capabil să capteze doar aproximativ 20% din energia soarelui. Fotosinteza, pe de altă parte, este indubitabil mai eficientă – capabilă să stocheze 60% din energia soarelui ca energie chimică (în biomoleculele asociate).
Eficiența celulelor fotovoltaice simple – panourile solare – este limitată de capacitatea semiconductoarelor de a absorbi energia luminii și de capacitatea celulei de a produce energie. Această limită este una pe care oamenii de știință ar putea să o depășească cu ajutorul fotosintezei sintetice.
„Cu fotosinteza artificială, nu există limitări fizice fundamentale”, a spus Pushkar. „Vă puteți imagina un sistem eficient, cu o capacitate de 60%, având deja un precedent în fotosinteza naturală. Și, cu puțină ambiție, am putea realiza chiar un sistem cu o eficiență de până la 80%. Fotosinteza este extrem de eficientă atunci când vine vorba de divizarea apei, un prim pas al fotosintezei artificiale. Proteinele Photosystems din plante fac acest lucru de o mie de ori pe secundă.”
Echipa lui Pushkar imită procesul fotosintezei prin construirea propriului analog de frunze artificiale care colectează lumina și împart moleculele de apă, generând hidrogen. Acesta poate fi utilizat ca și combustibil de sine-stătător sau poate fi adăugat la alți combustibili, cum ar fi gazul natural sau încorporat în sistemele specifice, spre a putea alimenta de la vehicule, case, până la dispozitive electronice, laboratoare, spitale.
Cea mai recentă descoperire a lui Pushkar, o perspectivă asupra modului în care moleculele de apă se împart în timpul fotosintezei, a fost publicată în revista Chem Catalysis: Cell Press.
Oamenii de știință din laboratorul lui Pushkar experimentează combinații de proteine naturale ale fotosistemului, precum și combinații de catalizatori sintetici, în încercarea de a înțelege care dintre acestea funcționează cel mai bine și de ce. Echipa cercetătorilor are, de asemenea, ca prioritate, utilizarea compușilor și substanțelor chimice care se găsesc din abundență pe Pământ, ușor accesibile și netoxice pentru planetă.
Progresul în fotosinteza artificială nu este unul facil, totuși. „Reacția este una foarte complexă”, a spus Pushkar. „Chimia divizării moleculelor de apă este extrem de complicată și dificilă.”
Oamenii de știință lucrează la fotosinteza artificială încă din anii ’70. A trecut mult timp, am putea crede, dar nu și când ne amintim faptul că fotosinteza a evoluat în milioane de ani. Și nu numai, căci specialiștii în domeniu consideră că, spre deosebire de zbor, comunicare sau inteligență, fotosinteza a evoluat o singură dată – acum aproximativ 3 miliarde de ani.
Yulia Pushkar susține faptul că, în următorii 10-15 ani, vor fi făcute suficiente progrese astfel încât sistemele comerciale de fotosinteză artificială să înceapă să funcționeze. Cercetarea acesteia este finanțată de Fundația Națională pentru Științe.
