Yeni Teknoloji Temiz Enerji Çözümlerinin Geliştirilmesini Sağlıyor
Fotoğraf: Gary Moore ve meslektaşları, bu grafikte görülen, porfirinler olarak bilinen halka şeklindeki moleküllerin kullanımını anlatıyor. Doğada en bol bulunan pigmentler arasında yer alan bu tür moleküller, canlı sistemlerde meydana gelen önemli reaksiyonlar da dahil olmak üzere kimyasal reaksiyonları hızlandırma veya katalize etme yetenekleriyle dikkat çekmektedir. Yapay fotosentetik sistemlerin tasarımı için faydalı bileşenlerdir.
Toplumun artan enerji ihtiyaçlarını karşılamak, insanlık için göz korkutucu bir zorluk haline geldi. Fosil yakıtların yakılmasından kaynaklanan iklim değişikliğinin etkileri şimdiden kuraklık, orman yangınları, sel ve diğer afetler şeklinde hasara yol açarken, enerji talebinin 2050 yılına kadar neredeyse iki katına çıkması bekleniyor.
Arizona Eyalet Üniversitesi Biyotasarım Uygulamalı Yapısal Keşif Merkezi ve ASU Moleküler Bilimler Okulu’nda araştırmacı olan Gary Moore, kimyanın dünyanın artan enerji ikilemine temiz çözümlerin geliştirilmesinde hayati bir rol oynayacağını düşünüyor.
ChemElectroChem dergisinin kapağında yer alan yeni araştırmada Moore ve meslektaşları, porfirinler olarak bilinen halka şeklindeki moleküllerin kullanımını anlatıyor. Doğada en bol bulunan pigmentler arasında yer alan bu tür moleküller, canlı sistemlerde meydana gelen önemli reaksiyonlar da dahil olmak üzere kimyasal reaksiyonları hızlandırma veya katalize etme yetenekleriyle dikkat çekmektedir.
Bu reaksiyonlar arasında, güneşten gelen radyan enerjisinin (ısı ve ışık yayan enerji), bitkiler ve fotosentetik mikroplar tarafından kullanılan bir süreç olan moleküler bağlarda depolanan kimyasal enerjiye dönüştürülmesi yer alır. Bu kimyasal enerji daha sonra hücresel solunum süreci yoluyla organizmanın metabolizmasını beslemek için kullanılabilir.
Moore gibi araştırmacılar, doğal fotosentez süreçlerine sentetik analoglar yaratarak, doğanın yaptığını yapmayı umut ediyorlar. Yeni çalışma, sentetik bir di-demir içeren porfirini tanımlıyor ve etkili bir katalizör olarak potansiyelini araştırıyor.
Fotoğraf: Gary Moore, Biodesign Center for Applied Structural Discovery’de araştırmacıdır.
Moore, “Doğal fotosentez ürünlerinden yararlanmak yerine, biyolojik muadillerine rakip özellik ve yeteneklere sahip yeni malzeme ve teknolojilere öncülük etmek için fotosentez bilgimizden ilham alabiliriz” diyor.
Porfirinler ve yapısal olarak ilişkili analogları biyolojik dünyada bol miktarda bulunur. Çok geniş hücresel görevleri yerine getirmek için bir dizi metal iyonunu bağlamak için hareket ederler. Örneğin, klorofil molekülleri magnezyumu bağlarken (bitki fotosentezinde çok önemli bir kimyasal aşama), heme – bazı hemoproteinlerin protein olmayan gruplarını oluşturan, protoporfirin ve demirden türetilen çeşitli bileşiklere verilen ad – moleküler oksijen ve karbon dioksit taşınmasını düzenlemeye yardımcı olur ve hücresel solunum için ihtiyaç duyulan gerekli elektron taşıma zincirlerini sağlar. Porfirin anormallikleri, yaşam süreçlerindeki önemli rolleri nedeniyle bir dizi ciddi hastalıktan sorumludur.
Porfirinler, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren veya tam tersi elektrokimyasal hücreler olarak bilinen sentetik cihazlarda katalizör olarak da kullanılabilir. Güneşten gelen radyan enerji geleneksel tip pillerde depolanabilse de, bu tür uygulamalar modern ulaşım için kullanılan yakıtlara kıyasla düşük enerji yoğunlukları nedeniyle sınırlıdır.
Moore’un yapay fotosentetik sistemler tasarlama çabaları, “fosil bazlı olmayan” yakıtların yanı sıra bir dizi faydalı meta üreterek yenilenebilir enerji bulmacasının değerli bir parçasını sağlayabilir.
Bu tür cihazlar, güneş enerjisinin ihtiyaç duyulduğu zaman ve yerde kullanılmak üzere yakalanmasına ve depolanmasına izin verecek ve şu anda geleneksel güneş enerjisi uygulamaları için kullanılan malzemelerden çok daha ucuz ve daha bol olan kimyasallar kullanılarak oluşturulabilecektir.
ASU’daki multimedya geliştiricisi Jason Drees tarafından hazırlanan açıklayıcı bir grafikle birlikte derginin güncel sayısının kapağı için seçilen makale, Profesör Jean-Michel Savéant’a adanmış özel bir koleksiyonun parçasıdır.
Kaynak: news.asu.edu
