Kawanishi, Japan, 15. novembar 2022. /PRNewswire/ — Problemi zaštite okoliša poput klimatskih promjena, iscrpljivanja prirodnih resursa, izumiranja vrsta, zagađenja plastikom i krčenja šuma pogoršavaju se širom svijeta zbog eksplozije stanovništva.
Ugljikov dioksid (CO2) je staklenički plin i jedan od glavnih uzroka klimatskih promjena. U tom smislu, proces poznat kao "umjetna fotosinteza (fotoredukcija CO2)" može proizvesti organsku sirovinu za goriva i hemikalije iz CO2, vode i solarne energije, baš kao što to rade biljke. Istovremeno, smanjuju i emisije CO2, budući da se CO2 koristi kao sirovina za proizvodnju energije i hemijskih resursa. Stoga se umjetna fotosinteza smatra jednom od najnovijih zelenih tehnologija.
MOF-ovi (Metalni organski okviri) su ultraporozni materijali sastavljeni od klastera neorganskih metala i organskih linkera. Mogu se kontrolirati na molekularnom nivou u nanometarskom rasponu i imaju veliku površinu. Zbog ovih svojstava, MOF-ovi se mogu primjenjivati ​​u skladištenju plinova, separaciji, adsorpciji metala, katalizi, isporuci lijekova, tretmanu vode, senzorima, elektrodama, filterima itd. Nedavno je otkriveno da MOF-ovi imaju sposobnost hvatanja CO2 koji se može fotoredukovati, odnosno vještačkoj fotosintezi.
S druge strane, kvantne tačke su ultratanki materijali (0,5–9 nm) čija optička svojstva odgovaraju pravilima kvantne hemije i kvantne mehanike. Nazivaju se "umjetni atomi ili umjetne molekule" jer se svaka kvantna tačka sastoji od samo nekoliko ili nekoliko hiljada atoma ili molekula. U ovom rasponu veličina, energetski nivoi elektrona više nisu kontinuirani i postaju razdvojeni zbog fizičkog fenomena poznatog kao efekat kvantnog ograničenja. U ovom slučaju, talasna dužina emitovane svjetlosti zavisiće od veličine kvantnih tačaka. Ove kvantne tačke se takođe mogu primijeniti u vještačkoj fotosintezi zbog svog visokog kapaciteta apsorpcije svjetlosti, sposobnosti generisanja višestrukih ekscitona i velike površine.
I MOF-ovi i kvantne tačke su sintetizirani u okviru organizacije Green Science Alliance. Ranije su uspješno koristili kompozitne materijale MOF kvantnih tačaka za proizvodnju mravlje kiseline kao posebnog katalizatora za vještačku fotosintezu. Međutim, ovi katalizatori su u obliku praha i ovi katalitički prahovi moraju se sakupljati filtracijom u svakom procesu. Stoga, budući da ovi procesi nisu kontinuirani, teško ih je primijeniti u praktičnu industrijsku upotrebu.
Kao odgovor na to, gospodin Tetsuro Kajino, gospodin Hirohisa Iwabayashi i dr. Ryohei Mori iz kompanije Green Science Alliance Co., Ltd. koristili su svoju tehnologiju za imobilizaciju ovih posebnih vještačkih katalizatora fotosinteze na jeftinim tekstilnim listovima i razvili novi proces za proizvodnju mravlje kiseline, koji može kontinuirano raditi u praktičnim industrijskim primjenama. Nakon završetka reakcije vještačke fotosinteze, voda koja sadrži mravlju kiselinu može se izvaditi radi ekstrakcije, a nova svježa voda se može vratiti u posudu kako bi se kontinuirano nastavila vještačka fotosinteza.
Mravlja kiselina može zamijeniti vodikovo gorivo. Jedan od glavnih razloga koji sprječava širenje vodikovog društva širom svijeta je taj što je vodik najmanji atom u svemiru, pa ga je teško skladištiti, a proizvodnja spremnika vodika s visokim učinkom brtvljenja bit će vrlo skupa. Osim toga, vodikov plin može biti eksplozivan i predstavljati sigurnosnu opasnost. Budući da je mravlja kiselina tekućina, lakše ju je skladištiti kao gorivo. Ako je potrebno, mravlja kiselina se može koristiti za kataliziranje proizvodnje vodika in situ. Osim toga, mravlja kiselina se može koristiti kao sirovina za razne hemikalije.
Iako je efikasnost vještačke fotosinteze i dalje niska, Savez za zelenu nauku će nastaviti da se bori za poboljšanja efikasnosti kako bi se uspostavile praktične primjene vještačke fotosinteze.