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Eine der längerfristigen Bemühungen, nicht nur mehr erneuerbare Energie zu entwickeln, sondern auch dazu beizutragen, den Klimawandel durch Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu mildern, ist ein Prozess, der als künstliche Photosynthese bezeichnet wird. Wie der Name vermuten lässt, umfasst dieses Feld Bemühungen, um zu tun, was Pflanzen tun sollen - Wassermoleküle in energiespendenden Wasserstoff und atmungsaktiven Sauerstoff unter Verwendung von natürlichem Sonnenlicht aufzuteilen - uns selbst auf eine Weise, die energieeffizienter ist.
Wenn Wissenschaftler herausfinden können, wie sie den Prozess wiederherstellen können, bei dem Pflanzen klimawandelendes CO2 in saubere Energie umwandeln, könnten wir theoretisch unbegrenzte saubere Energie entwickeln, nicht nur für die Menschen hier auf der Erde, sondern auch für die Menschen, die eines Tages (hoffentlich) eines Tages dies tun werden brauchen saubere Luft und Energie, um bewohnbare Strukturen im Weltraum zu erforschen und zu entwickeln. Es ist ein Ehrgeiz, der mindestens aus dem Jahr 1912 stammt Wissenschaft Papier, aber es gab Hürden, nämlich, dass teure, oft umweltverschmutzende Katalysatoren erforderlich sind.
Glücklicherweise gibt eine Gruppe von Forschern am St. John's College an der University of Cambridge an, dass sie möglicherweise eine Problemlösung gefunden haben, indem sie die Sauerstoff- und Wasserstoffmoleküle in Wasser mithilfe einer Mischung aus natürlichen Prozessen und künstlichen Technologien erfolgreich spalten. Es ist ein Prozess, den sie als semi-künstliche Photosynthese bezeichnen, und sie sagen, dass dies dazu beitragen könnte, die Entwicklung erneuerbarer Energien zu revolutionieren. Ihre Ergebnisse wurden Montag in veröffentlicht Natur.
"Natürliche Photosynthese kann als biologischer Plan für die Umwandlung von Solarenergie in chemische Energie und Solartreibstoffe betrachtet werden", erklärte die Erstautorin Katarzyna Sokó in einer E-Mail an Inverse. "Verglichen mit der natürlichen Photosynthese nutzt das neue System das Sonnenlichtspektrum effizienter, liefert hohe Konversionserträge und umgeht mehrere konkurrierende Stoffwechselwege, was mit synthetischer Biologie oder Materialwissenschaft allein nicht möglich ist."
Was ist halb künstliche Photosynthese?
Die semi-künstliche Photosynthese ist ein relativ neues Forschungsgebiet, das versucht, die Photosynthese mithilfe einer Mischung aus synthetischer Biologie und Materialwissenschaft mit Blick auf Anwendungen für erneuerbare Energien wiederherzustellen. Die Cambridge-Studie konzentrierte sich auf ein Enzym, das in Algen namens Hydrogenase vorkommt. Dieses spaltete Wasserstoff und Wassermoleküle in einem Prozess, der auf natürliche Weise aufhörte, weil er für das Überleben der Algen nicht mehr erforderlich ist.
„Unsere Arbeit… bietet die Werkzeugbox für die Entwicklung zukünftiger semi-künstlicher Systeme für die Energieumwandlung und für die Umverdrahtung anderer photosynthetischer Pfade“, fügte Sokó hinzu. "Zum Beispiel könnte die Anwendung des semi-künstlichen Tandem-Systems über die Wasserspaltungsreaktion hinaus erweitert werden, um eine Vielzahl von Reaktionen zu photokatalysieren, beispielsweise die Umwandlung des Treibhausgases und des CO2 in einen Kraftstoff."
Fürs Erste ist das Gerät nur ein Proof of Concept. Sokó stellte fest, dass es für industrielle Anwendungen "relativ fragil" ist. Das Erfreulichste sei die Tatsache, dass so viele verschiedene Forscher mit so unterschiedlichen Fachgebieten bei der Lösung eines so wichtigen Problems zusammenarbeiten konnten.
"Es war überraschend herausfordernd, wie viele verschiedene multidisziplinäre Bereiche und Fachgebiete erforderlich waren, um dieses System zu entwickeln, einschließlich Materialwissenschaft, Nanotechnologie, anorganische Chemie, synthetische Chemie und Biochemie", sagte sie. „Es hat viele Jahre der Forschung und der Zusammenarbeit gedauert, um genügend Wissen zu erlangen.“
Forscher sehen Innovationen wie diese nicht nur für die Sicherstellung der Zukunft erneuerbarer Energien, sondern auch dafür, dass die Raumfahrzeuge der Zukunft lange Strecken zurücklegen können. Im Juli veröffentlichte eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern eine Arbeit über photoelektrochemische Experimente in der Schwerelosigkeit.
Das Ziel dieses Projekts ist es, nach Möglichkeiten zu suchen, wie Forscher Experimente wie das Cambridge-Team durchführen können, jedoch im Weltraum.
Zusätzliche Berichterstattung von Sarah Sloat.
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