جزيء التمثيل الضوئي الاصطناعي يحول أشعة الشمس إلى وقود

يساعد اختراق جزيء التمثيل الضوئي الاصطناعي العلماء على الاقتراب من الوقود الشمسي المستدام. ابتكر باحثون في جامعة بازل تركيبة فريدة يمكنها تخزين شحنتين موجبتين وشحنتين سالبتين عند التعرض للضوء. يحاكي هذا التصميم عملية التمثيل الضوئي في النباتات ويمكن أن يتيح إنتاج وقود محايد الكربون للمستقبل.

كيف يعمل جزيء التمثيل الضوئي الاصطناعي

تستخدم النباتات ضوء الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى سكريات، مما يوفر الطاقة لجميع أشكال الحياة تقريبًا. وبإلهام من هذه العملية، يهدف العلماء إلى استخدام جزيء التمثيل الضوئي الاصطناعي لإنتاج أنواع وقود مثل الهيدروجين والميثانول والبترول الاصطناعي. عند احتراق هذه الأنواع من الوقود، فإنها ستطلق فقط ثاني أكسيد الكربون المستخدم في إنتاجها، مما يجعلها صديقة للمناخ ومستدامة.

جزيء بتصميم فريد

في مجلة Nature Chemistry، قدم البروفيسور أوليفر فينجر وطالب الدكتوراه ماثيس براندلين جزيئًا جديدًا للتمثيل الضوئي الاصطناعي بتركيبة خماسية الأجزاء. يطلق أحد الجانبين الإلكترونات ويصبح موجب الشحنة، بينما يلتقط الجانب الآخر الإلكترونات ويصبح سالب الشحنة. يمتص المركز ضوء الشمس ويحفز نقل الإلكترونات. يسمح هذا الترتيب للجزيء بالاحتفاظ بأربع شحنات في وقت واحد، وهو أمر ضروري لتخزين الطاقة الشمسية.

الإثارة الضوئية التدريجية لتخزين الطاقة

استخدم الباحثون ومضتين ضوئيتين لتنشيط الجزيء. أنتجت الومضة الأولى شحنة موجبة واحدة وشحنة سالبة واحدة. كررت الومضة الثانية العملية، تاركة شحنتين موجبتين وشحنتين سالبتين. سمح هذا النهج التدريجي للنظام بالعمل بضوء أخفت بكثير، أقرب إلى ضوء الشمس الطبيعي. على عكس الطرق السابقة التي تطلبت أشعة ليزر قوية، تجعل هذه العملية التمثيل الضوئي الاصطناعي أكثر واقعية.

نحو وقود شمسي مستدام

على الرغم من أن جزيء التمثيل الضوئي الاصطناعي لم ينتج بعد دورة وقود كاملة، إلا أنه يمثل خطوة مهمة إلى الأمام. تظل الشحنات مستقرة لفترة كافية لتحفيز التفاعلات الكيميائية، مثل تحليل الماء إلى هيدروجين وأكسجين. وفقًا لفينجر، يوفر هذا الاكتشاف قطعة أساسية من الأحجية للوقود المحايد للكربون في المستقبل ويقربنا من نظام طاقة مستدام يعمل بضوء الشمس.

اقرأ: منظم الحمض النووي الخفي الذي يربط بين الخصوبة والسرطان.