კავანიში, იაპონია, 2022 წლის 15 ნოემბერი /PRNewswire/ — გარემოსდაცვითი საკითხები, როგორიცაა კლიმატის ცვლილება, რესურსების შემცირება, სახეობების გადაშენება, პლასტმასის დაბინძურება და მსოფლიოს მოსახლეობის ზრდის შედეგად ტყეების გაჩეხვა, სულ უფრო აქტუალური ხდება.
ნახშირორჟანგი (CO2) სათბურის აირია და კლიმატის ცვლილების ერთ-ერთი მთავარი მიზეზი. ამ მხრივ, „ხელოვნური ფოტოსინთეზის (ნახშირორჟანგის ფოტორედუქცია)“ სახელით ცნობილი პროცესით შესაძლებელია ნახშირორჟანგიდან, წყლისა და მზის ენერგიისგან, ისევე როგორც მცენარეები, საწვავისა და ქიმიკატებისთვის ორგანული ნედლეულის წარმოება. ამავდროულად, ისინი ამცირებენ CO2-ის გამოყოფას, რომელიც გამოიყენება როგორც ნედლეული ენერგიისა და ქიმიკატების წარმოებისთვის. ამიტომ, ხელოვნური ფოტოსინთეზი ცნობილია, როგორც ერთ-ერთი ყველაზე მოწინავე მწვანე ტექნოლოგია.
ლითონ-ორგანული ჩარჩოები (MOF) არის ზეფოროვანი მასალები, რომლებიც შედგება არაორგანული ლითონებისა და ორგანული შემაკავშირებლების კლასტერებისგან. მათი კონტროლი შესაძლებელია მოლეკულურ დონეზე ნანო დიაპაზონში დიდი ზედაპირის ფართობით. ამ თვისებების გამო, MOF-ები შეიძლება გამოყენებულ იქნას გაზის შესანახად, გამოყოფისთვის, ლითონების ადსორბციისთვის, კატალიზისთვის, წამლების მიწოდებისთვის, წყლის დამუშავებისთვის, სენსორებისთვის, ელექტროდებისთვის, ფილტრებისთვის და ა.შ. ცოტა ხნის წინ აღმოჩნდა, რომ MOF-ებს აქვთ CO2-ის შთანთქმის უნარი, რომლის გამოყენებაც შესაძლებელია ორგანული ნივთიერებების წარმოებისთვის CO2 ფოტორედუქციის გზით, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც ხელოვნური ფოტოსინთეზი.
კვანტური წერტილები, მეორე მხრივ, ულტრაპაწაწინა მასალებია (0.5–9 ნანომეტრი), რომელთა ოპტიკური თვისებები ემორჩილება კვანტური ქიმიისა და კვანტური მექანიკის წესებს. მათ „ხელოვნურ ატომებს ან ხელოვნურ მოლეკულებს“ უწოდებენ, რადგან თითოეული კვანტური წერტილი შედგება მხოლოდ რამდენიმედან ათასობით ატომამდე ან მოლეკულისგან. ამ ზომის დიაპაზონში ელექტრონების ენერგიის დონეები აღარ არის უწყვეტი და გამოიყოფა ფიზიკური ფენომენის გამო, რომელიც ცნობილია როგორც კვანტური შემოფარგვლის ეფექტი. ამ შემთხვევაში, გამოსხივებული სინათლის ტალღის სიგრძე დამოკიდებული იქნება კვანტური წერტილის ზომაზე. ამ კვანტური წერტილების გამოყენება ასევე შესაძლებელია ხელოვნურ ფოტოსინთეზში მათი მაღალი სინათლის შთანთქმის უნარის, მრავალი ექსციტონის გენერირების უნარისა და დიდი ზედაპირის ფართობის გამო.
როგორც MOF-ები, ასევე კვანტური წერტილები სინთეზირებულია „მწვანე მეცნიერების ალიანსის“ მიერ. ადრე, მათ წარმატებით გამოიყენეს MOF-კვანტური წერტილების კომპოზიტები ჭიანჭველმჟავას წარმოებისთვის, როგორც ხელოვნური ფოტოსინთეზის სპეციალური კატალიზატორი. თუმცა, ეს კატალიზატორები ფხვნილის სახითაა და ეს კატალიზატორის ფხვნილები თითოეულ პროცესში ფილტრაციით უნდა შეგროვდეს. ამიტომ, რთულია მისი რეალურ სამრეწველო გამოყენება, რადგან ეს პროცესები უწყვეტი არ არის.
საპასუხოდ, „გრინ სინჯ ალიანს კო.“-ს წარმომადგენლებმა, ბატონმა კაჯინო ტეტსურომ, ბატონმა ივაბიაში ჰიროჰისამ და დოქტორმა მორი რიოჰეიმ, გამოიყენეს თავიანთი ტექნოლოგია ხელოვნური ფოტოსინთეზის ამ სპეციალური კატალიზატორების იაფ საფეიქრო ქსოვილზე იმობილიზაციისთვის და გახსნეს ჭიანჭველმჟავას ახალი ქარხანა. პროცესი შეიძლება უწყვეტად მიმდინარეობდეს პრაქტიკული სამრეწველო გამოყენებისთვის. ხელოვნური ფოტოსინთეზის რეაქციის დასრულების შემდეგ, ჭიანჭველმჟავას შემცველი წყლის ამოღება და ექსტრაქცია შესაძლებელია, შემდეგ კი კონტეინერში ახალი სუფთა წყლის დამატება შესაძლებელია ხელოვნური ფოტოსინთეზის განახლების გასაგრძელებლად.
ჭიანჭველმჟავას შეუძლია წყალბადის საწვავის ჩანაცვლება. წყალბადზე დაფუძნებული საზოგადოების მსოფლიო მასშტაბით დანერგვის ერთ-ერთი მთავარი შემაფერხებელი მიზეზი ის არის, რომ წყალბადის, სამყაროში ყველაზე პატარა ატომი, შენახვა რთულია და წყალბადის კარგად დალუქული რეზერვუარის აშენება ძალიან ძვირი დაჯდება. გარდა ამისა, წყალბადის აირი შეიძლება ასაფეთქებელი იყოს და უსაფრთხოების საფრთხეს წარმოადგენდეს. ჭიანჭველმჟავების საწვავის სახით შენახვა გაცილებით ადვილია, რადგან ისინი თხევადია. საჭიროების შემთხვევაში, ჭიანჭველმჟავას შეუძლია ადგილზე წყალბადის წარმოებისთვის რეაქციის კატალიზება. გარდა ამისა, ჭიანჭველმჟავას გამოყენება შესაძლებელია სხვადასხვა ქიმიკატების ნედლეულად.
მიუხედავად იმისა, რომ ხელოვნური ფოტოსინთეზის ეფექტურობა ამჟამად ჯერ კიდევ ძალიან დაბალია, მწვანე მეცნიერების ალიანსი გააგრძელებს ბრძოლას ეფექტურობის გაზრდისა და ჭეშმარიტად გამოყენებითი ხელოვნური ფოტოსინთეზის დანერგვისთვის.