Yapay Fotosentez Temiz, Sürdürülebilir Enerji Kaynağı Vaat Ediyor
Bitkilerin yapamadığı birçok şeyi insanlar yapabilir. Etrafta dolaşabilir, konuşabilir, duyabilir, görebilir ve dokunabilir ancak bitkilerin insanlara göre büyük bir avantajı var; doğrudan güneşten enerji üretebilirler.
Bitkilerin güneş ışığını doğrudan kullanılabilir enerjiye dönüştürme süreci (fotosentez) yakında insanların temiz, depolanabilir, verimli yakıt için güneş enerjisinden yararlanmayı taklit edebilecekleri bir başarı olabilir. Eğer gerçekleşirse, tamamen yeni bir temiz enerji kaynağı açılabilir. İnsanlığın bütün bir yıl boyunca tüm enerji ihtiyacını karşılamaya yetecek kadar enerji, bir saat içinde güneş ışığı şeklinde yeryüzüne çarpar.
Purdue Bilim Koleji’nde biyofizik ve fizik profesörü olan Yulia Puskhar, bitkileri taklit ederek bu enerjiyi kullanmanın bir yolunu bulabilir.
Fotovoltaik hücreler tarafından kullanılan rüzgar enerjisi ve güneş enerjisi, mevcut iki ana temiz enerji biçimidir. Üçüncü bir sentetik fotosentez eklemek, yenilenebilir enerji ortamını önemli ölçüde değiştirecektir. Hacimli piller gerektirmeden enerjiyi kolayca depolama yeteneği, insanların topluma temiz ve verimli bir şekilde güç sağlama yeteneğini önemli ölçüde geliştirecektir.
Fotoğraf: Purdue biyofizikçisi Yulia Pushkar, güvenilir, temiz bir enerji kaynağı olarak yapay fotosentez olanaklarını ortaya çıkarmak için fotosentezi deşifre etmeye çalışıyor.
Hem rüzgar türbinlerinin hem de fotovoltaiklerin çevresel etkiler ve karmaşık faktörler açısından dezavantajları vardır. Pushkar, yapay fotosentezin bu dezavantajları atlatabileceğini umuyor.
Pushkar, “Biz ve dünyadaki diğer araştırmacılar, erişilebilir enerjiyi bulmak için inanılmaz derecede sıkı çalışıyoruz. Toksik olmayan, kolayca bulunabilen elementlerle yaratabileceğimiz temiz ve sürdürülebilir enerji yapay fotosentez için ileriye giden bir yol” dedi.
Fotosentez bitkilerin, güneşin parlaklığını ve su moleküllerini glikoz formunda kullanılabilir enerjiye dönüştürdüğü süreçlerin karmaşık bir dansıdır. Bunu yapmak için, genellikle klorofil pigmentinin yanı sıra proteinler, enzimler ve metaller kullanırlar.
Günümüzde insanların sahip olduğu yapay fotosenteze en yakın süreç, bir güneş pilinin güneş enerjisini elektriğe dönüştürdüğü fotovoltaik teknolojidir. Bu süreç verimsizdir ve güneş enerjisinin sadece %20’sini yakalayabilir. Öte yandan fotosentez, radikal biçimde daha verimlidir; güneş enerjisinin %60’ını ilgili biyomoleküllerde kimyasal enerji olarak depolayabilir.
Basit fotovoltaik hücrelerin – güneş panellerinin – verimliliği, yarı iletkenlerin ışık enerjisini absorblama yeteneği ve hücrenin güç üretme yeteneği ile sınırlıdır. Bu sınır, bilim adamlarının sentetik fotosentez ile aşabilecekleri bir sınırdır.
Pushkar, “Yapay fotosentezde temel fiziksel sınırlamalar yoktur. Doğal fotosentezde zaten bir örneğimiz olduğu için %60 verimli bir sistem hayal edebilirsiniz ve eğer çok iddialı olursak, %80’e varan verimliliğe sahip bir sistemi bile başarabiliriz.
“Fotosentez, yapay fotosentezin ilk adımı olan suyun parçalanması söz konusu olduğunda büyük ölçüde verimlidir. Bitkilerdeki Fotosistem II proteinleri bunu saniyede bin kez yapar. Göz açıp kapayıncaya kadar bu işlem tamamlanır.”
Pushkar’ın grubu, hidrojen üretmek için ışık toplayan ve su moleküllerini parçalayan kendi yapay yaprak analoğunu oluşturarak süreci taklit ediyor. Hidrojen, yakıt hücreleri aracılığıyla tek başına yakıt olarak kullanılabilir, doğal gaz gibi diğer yakıtlara eklenebilir veya araçlardan evlere, küçük elektronik cihazlara, laboratuvarlara ve hastanelere kadar her şeye güç sağlamak için yakıt hücrelerine yerleştirilebilir. Pushkar’ın fotosentez sırasında su moleküllerinin nasıl ayrıldığına dair bir fikir belirten son keşfi, yakın zamanda Chem Catalysis: Cell Press dergisinde yayınlandı.
Pushkar’ın laboratuvarındaki bilim adamları, neyin en iyi çalıştığını ve neden işe yaradığını anlamak için doğal fotosistem II proteinleri ve sentetik katalizör kombinasyonları ile deney yapıyorlar. Ayrıca Dünya’da bol miktarda bulunan, kolayca erişilebilen ve gezegen için toksik olmayan bileşiklerin ve kimyasalların kullanımına da öncelik veriliyor.
Yapay fotosentez gelişimi fotosentezin çok yönlü olması nedeniyle oldukça karmaşıktır. Pushkar, “Reaksiyon çok karmaşık. Su moleküllerini parçalamanın kimyası son derece karmaşık ve zordur” dedi.
Bilim adamları 1970’lerden beri yapay fotosentez üzerinde çalışıyorlar. Bu uzun bir süre gibi gözükebilir ancak fotosentezin evrimleşmesinin milyonlarca yıl sürdüğünü hatırladığınız zaman pek de uzun bir süre değil. Sadece bu değil, bilim adamları, uçuş, iletişim veya zekanın aksine, fotosentezin yaklaşık 3 milyar önce yalnızca bir kez evrimleştiğine inanıyor.
Pushkar, önümüzdeki 10-15 yıl içinde ticari yapay fotosentez sistemlerinin çevrimiçi olmaya başlayabileceğine dair yeterli ilerleme kaydedileceğini öne sürüyor.
Kaynak: scitechdaily.com
