Τεχνητή φωτοσύνθεση: Η ενέργεια του μέλλοντος γεννιέται από το φως

Η τεχνητή φωτοσύνθεση δεν αποτελεί πλέον επιστημονική φαντασία. Ερευνητικές ομάδες από όλο τον κόσμο καταγράφουν σημαντικές προόδους στη μίμηση της φυσικής διαδικασίας των φυτών, με στόχο την παραγωγή καθαρής ενέργειας. Το μέλλον της βιώσιμης τεχνολογίας μπορεί να κρύβεται σε τεχνητά «δέντρα» που αναπνέουν και τρέφονται με φως.

Κατά τη φωτοσύνθεση, η ηλιακή ενέργεια απορροφάται από μια χρωστική, την χλωροφύλλη, που θέτει σε λειτουργία έναν πολύπλοκο μηχανισμό κίνησης ηλεκτρονίων στα εσωτερικά συστήματα του φυτού. Την ίδια στιγμή νερό διασπάται απελευθερώνοντας οξυγόνο και υδρογόνο και τελικά τα ηλεκτρόνια χρησιμοποιούνται για την μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε σάκχαρα.

Η πράσινη επανάσταση ξεκινά από το εργαστήριο

Μια ομάδα ερευνητών από τα Πανεπιστήμια του Βύρτσμπουργκ (Γερμανία) και Γιονσέι (Κορέα) δημιουργήσαν ένα τεχνητό σύστημα φωτοσύνθεσης που απορροφά ηλιακή ακτινοβολία και απελευθερώνει ηλεκτρόνια προκαλώντας μια αλυσιδωτή αντίδραση που παράγει ενέργεια. Αυτό είναι το πρώτο σύστημα που μιμείται τη φυσική διαδικασία ανοίγοντας δρόμο για «τεχνητά δέντρα».

Αν και το σύστημα δεν έχει ακόμη τελειοποιηθεί, η εφαρμογή του θα μπορούσε να επιλύσει πολλά από τα σημερινά περιβαλλοντικά προβλήματα, κυρίως την καύση ορυκτών καυσίμων και την παραγωγή αερίων που προκαλούν την παγκόσμια θέρμανση. Παράλληλα, τα συστήματα αυτά θα μπορούσαν να παράγουν οξυγόνο για τον εμπλουτισμό της ατμόσφαιρας, αλλά και για την καύση καθαρότερων καυσίμων όπως το υδρογόνο.

Φωτοσύνθεση 2.0: Η νέα γενιά καθαρής ενέργειας

Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε μια τεχνητή δομή με μια οργανική ένωση (διιμίδιο περυλενίου), η οποία απορροφά φως και έχει εξαιρετική σταθερότητα, όπως η χλωροφύλλη. Όταν το φως απορροφηθεί από τη μία πλευρά του μορίου, απελευθερώνονται ηλεκτρόνια που κινούνται κατά μήκος της οργανικής αλυσίδας. Αυτό αποτελεί το πρώτο βήμα για τη δημιουργία τεχνητής φωτοσύνθεσης, ενώ το επόμενο θα είναι η κατασκευή του συστήματος που θα μετατρέπει την κίνηση των ηλεκτρονίων σε κάποια μορφή ενέργειας — είτε ως ηλεκτρική ενέργεια είτε ως αποθηκευμένη χημική ενέργεια σε μορφή καυσίμου.

Αξίζει να σημειωθεί ότι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Ναγκόγια στην Ιαπωνία έχουν αναπτύξει μια τεχνητή διεργασία που μετατρέπει τα οργανικά απόβλητα σε ενέργεια και φαρμακευτικές ουσίες, χρησιμοποιώντας νερό και ηλιακή ενέργεια. Παράλληλα, μια άλλη επιστημονική ομάδα διερευνά τη χρήση τεχνητής φωτοσύνθεσης στον Άρη, ως πιθανή λύση για την παραγωγή ενέργειας και οξυγόνου σε μελλοντικές διαστημικές αποστολές.

Η τεχνητή φωτοσύνθεση ενδέχεται να παίξει σημαντικό ρόλο και σε άλλους τομείς, όπως η αγροτική παραγωγή, η αποθήκευση ενέργειας και η απορρύπανση της ατμόσφαιρας. Εάν ενσωματωθεί σε πολυώροφα κτίρια ή αστικές επιφάνειες, μπορεί να λειτουργήσει ως «φωτοσυνθετικό φιλτράρισμα» — δεσμεύοντας CO₂ και εμπλουτίζοντας την ατμόσφαιρα με οξυγόνο, ενώ παράλληλα προσφέρει τοπική ενεργειακή αυτονομία. Η μελλοντική συνύπαρξη τεχνολογίας και οικολογίας ίσως κριθεί από τέτοιες καινοτομίες που ξεκινούν από τη μικροσκοπική κίνηση ενός ηλεκτρονίου.