Nová „umělá“ fotosyntéza je 10× účinnější než předchozí pokusy

Kdyby člověk ovládl fotosyntézu, způsob, kterým zelené rostliny přeměňují sluneční záření a oxid uhličitý na cukry, měl by zřejmě vystaráno s výživou obyvatelstva planety. Vědci se o to pokoušejí už dlouho. Nyní se objevila nová metoda, která využívá mechanismu fotosyntézy k výrobě metanu. Je desetkrát účinnější než předchozí pokusy. Pomůže vyřešit energetický problém lidstva?

Musíme být lepší než sama příroda

Řekneme-li to hrubě, nová metoda umělé fotosyntézy by mohla z rostlin udělat stroje k výrobě paliv. Zatímco přirozená fotosyntéza umožňuje rostlinám přeměnit oxid uhličitý (CO₂) a vodu na sacharidy pomocí síly slunce, nová umělá metoda dokáže přeměnit oxid uhličitý a vodu na energeticky vydatná paliva, jako je metan a etanol. To by mohlo poskytnout alternativu k fosilním palivům, která získáváme z hlubin země. „Největším problémem, který si mnoho lidí neuvědomuje, je, že ani příroda nemá řešení pro množství energie, kterou používáme,“ uvedl v prohlášení Wenbin Lin, chemik z University of Chicago, jeden z autorů nové studie uveřejněné v časopise Nature Catalysis. Přirozená fotosyntéza, i když je dostačující pro to, aby se rostliny samy živily, nedosahuje množství energie potřebné k pohonu našich domovů, měst a národů. „Budeme muset být lepší než příroda, a to mne děsí,“ řekl.

Metan i vodík

Vědci se už roky snaží, ale vyladit fotosyntézu tak, aby sloužila lidským potřebám, není snadné. Proces je komplikovaný a zahrnuje dva kroky: Za prvé, rozdělení molekul vody a CO₂ a za druhé, opětovné spojení atomů na sacharidy. Lin a jeho tým vytvořili systém, který by místo sacharidů produkoval metan neboli CH₄, což je uhlík obklopený čtyřmi molekulami vodíku. Ačkoli by spalování takto vyrobeného metanu stále vedlo k emisím skleníkových plynů, při výrobě se CO₂ spotřebovává. Výzkumníci také pracují na využití umělé fotosyntézy k výrobě vodíkových paliv, která uvolňují pouze vodní páru a teplý vzduch.

Je to úspěch, ale stále malý

Vědci začali s kovově-organickou kostrou, tj. sítí vyrobenou z nabitých atomů kovu spojených organickými molekulami. (Organické molekuly obsahují uhlík.) Jednotlivé vrstvy této kovově-organické struktury ponořili do roztoku kobaltu; tento prvek je dobrý při zachycování pohybu elektronů během chemických reakcí. Pak vědci udělali něco, co dosud nebylo vyzkoušeno. Do směsi přidali aminokyseliny, molekulární stavební kameny bílkovin. Aminokyseliny zvýšily účinnost obou stran reakce, rozložily CO₂ a vodu a přestavěly je na metan. Výsledný systém byl 10× účinnější než předchozí metody umělé fotosyntézy. To však stále není dostatečně účinné, aby se vyrobilo dostatek metanu pro lidstvo. „Potřebovali bychom účinnost zvětšit o mnoho řádů, abychom vyrobili dostatečné množství metanu pro naši spotřebu,“ řekl Lin. Jako úspěch vnímá, že tým byl schopen určit, jak systém funguje na molekulární úrovni, což nebylo nikdy předtím plně pochopeno. Pochopení procesu je zásadním předpokladem k možnému budoucímu rozšíření procesu.

Pokud systém není v současné době dostatečně účinný, aby poháněl automobily nebo vytápěl domy, může být již použitelný pro jiné účely, které nevyžadují tak vysoký objem produktu. Lin řekl, že podobná metoda by například mohla být použita k přípravě základních chemikálií pro výrobu léčiv. „Mnoho z těchto základních procesů je stejných,“ řekl Lin. „Pokud vyvinete dobrou chemii, lze je zapojit do mnoha systémů.“

Zdroj: New 'artificial' photosynthesis is 10x more efficient than previous attempts | Live Science