A Bázeli Egyetem tudósai kifejlesztettek egy molekulát, amely négy töltést képes tárolni a fényből, felgyorsítva ezzel a szén-dioxid-semleges üzemanyagok kutatását. A természetes fotoszintézishez hasonlóan az új molekula ideiglenesen két pozitív és két negatív töltést tárol.

A természetben a növények fotoszintézissel nyerik a napenergiát, és alakítják át a szén-dioxidot energiában gazdag cukormolekulákká. Az állatok és az emberek ezeket a szénhidrátokat fogyasztják, felszabadítva a tárolt energiát, és visszajuttatva a szén-dioxidot a légkörbe, ezzel teljesítve azt a ciklust, amely szinte az összes földi élet alapját képezi.

Évtizedek óta folynak kutatások, hogy laboratóriumi körülmények között utánozni tudják ezt a természetes modellt. Ha a napfényt felhasználva nagy energiájú vegyületeket, például hidrogént, metanolt vagy szintetikus benzint lehetne előállítani, ezeket az üzemanyagokat a légkörbe további szén-dioxid kibocsátása nélkül lehetne elégetni, így azok ténylegesen szén-dioxid-semlegesek lennének. Svájci kutatók most egy olyan molekuláról számoltak be, amely fontos lépés lehet e cél elérésében.

Az új molekula öt, összekapcsolt komponensből áll: két egység elektronokat bocsát ki és pozitív töltésűvé válik, két másik elnyeli az elektronokat és negatív töltésűvé válik, míg a középső egység elnyeli a napfényt, hogy elindítsa az energiaátvitelt. A négy töltés tárolása több mint puszta technikai bravúr – ez a mesterséges fotoszintézis egyik központi kihívását oldja meg. A korábbi kutatásokhoz ugyanis rendkívül erős lézerfényre volt szükség, ami messze állt a gyakorlati mesterséges fotoszintézis elképzelésétől. 

A kutatóknak két fényvillanás segítségével, lépésről lépésre, négy töltést sikerült generálniuk. Az első villanás egy pozitív és egy negatív töltést hoz létre, amelyek a molekula ellentétes végei felé mozognak. A második villanás megismétli a folyamatot, így a szerkezetben két pozitív és két negatív töltés marad. A több töltés ideiglenes tárolásának képessége kritikus fontosságú a napenergia-alapú üzemanyagok előállításához, mivel ezek a töltések hajthatják végre a víz hidrogénre és oxigénre történő bontásához vagy a szén-dioxid-semleges üzemanyagok szintéziséhez szükséges kémiai reakciókat.

Noha a molekula még nem egy működő mesterséges fotoszintézis rendszer, mégis alapvető építőelemet jelent. Ezzel a kutatók demonstrálták, hogy miként lehet többféle töltést hatékonyan tárolni napfény segítségével. Az elektronátvitel megértése közelebb visz minket ahhoz, hogy a napenergiát tárolható, fenntartható üzemanyagokká alakítsuk.

Forrás: Interesting Engineering

A borítókép illusztráció, forrás: Adobe Stock