تولید متان با بازده ۱۰ برابر با «فتوسنتز مصنوعی»

به گزارش گروه دانش و فناوری اقتصاد ۱۰۰ و به نقل از ایرنا،  در دو قرن گذشته، انسان‌ها برای انرژی متمرکز به سوخت‌های فسیلی متکی بوده‌اند. جامعه ما از مواد دردسترس و پرانرژی مملو از سود صدها میلیون سال فتوسنتز استفاده کرده است؛ اما، این عرضه محدود است و مصرف سوخت فسیلی تأثیر منفی زیادی بر آب و هوای زمین دارد.

وِنبین لین (Wenbin Lin)، شیمیدان دانشگاه شیکاگو می‌گوید: بزرگ‌ترین مشکلی که بسیاری از مردم متوجه آن نمی‌شوند این است که حتی طبیعت نیز هیچ راه‌حلی برای میزان انرژی مصرفی ما ندارد. حتی فتوسنتز هم آن‌قدر خوب نیست. ما باید بهتر از طبیعت کار کنیم و این ترسناک است.

دانشمندان در حال بررسی «فتوسنتز مصنوعی» به‌عنوان یکی از گزینه‌های احتمالی هستند. این مستلزم کار مجدد روی سیستم یک کارخانه به‌منظور تولید انواع سوخت‌های خودمان است؛ اما، تجهیزات شیمیایی یک برگ بسیار پیچیده است و به‌راحتی نمی‌توان به این هدف رسید. شیمیدانان دانشگاه شیکاگو در آمریکا، یک سیستم ابتکاری جدید برای فتوسنتز مصنوعی طراحی کرده‌اند که در مقایسه با سیستم‌های مصنوعی قبلی بهره‌وری بیشتری دارد.

برخلاف فتوسنتز معمولی که کربوهیدرات‌ها را از دی‌اکسیدکربن و آب تولید می‌کند، فتوسنتز مصنوعی می‌تواند اتانول، متان یا سوخت‌های دیگر تولید کند. هنوز راه درازی در پیش است تا بتوان از این روش برای سوخت‌رسانی روزانه به خودروها استفاده کرد؛ اما این روش به دانشمندان راه جدیدی برای کاوش در این زمینه نشان می‌دهد؛ ضمن اینکه ممکن است، در کوتاه مدت، برای تولید سایر مواد شیمیایی مفید باشد.

محققان تصمیم گرفتند ماده جدیدی را به سیستم‌های فتوسنتز مصنوعی اضافه کنند: اسیدهای آمینه. آن‌ها کار را با چارچوب‌های فلزی‌ آلی آغاز کردند. چارچوب‌های فلزی‌آلی دسته‌ای از ترکیبات متشکل از یون‌های فلزی هستند که با مولکول‌های پیونددهنده آلی به هم متصل می‌شوند. سپس، چارچوب‌های فلزی‌آلی را به صورت یک لایه طراحی کردند تا حداکثر سطح را برای واکنش‌های شیمیایی فراهم کنند.

آن‌ها همه‌چیز را در محلولی غوطه‌ور کردند که شامل یک ترکیب کبالت برای انتقال الکترون‌ها به اطراف بود. در نهایت، اسیدهای آمینه را به چارچوب‌های فلزی‌آلی اضافه کردند و آزمایش کردند تا بفهمند کدامیک بهتر عمل می‌کند. محققان توانستند هر دو نیمه واکنش را بهبود دهند: فرایندی که آب را از هم جدا می‌کند و فرایندی که الکترون‌ها و پروتون‌ها را به دی‌اکسیدکربن اضافه می‌کند. در هر دو مورد، اسیدهای آمینه به انجام مؤثرتر واکنش کمک کرد.

یکی از اعضای این تیم پژوهشی می‌گوید: بدون فتوسنتز طبیعی، ما اینجا نبودیم. فتوسنتز اکسیژنی که روی زمین تنفس می‌کنیم و غذایی را که می‌خوریم می‌سازد؛ اما هرگز به اندازه کافی کارآمد نخواهد بود که سوخت را برای راندن ماشین‌ها تأمین کند؛ بنابراین ما به چیز دیگری نیاز خواهیم داشت.

مشکل اینجاست که فتوسنتز برای تولید کربوهیدرات‌ها ساخته شده است که برای سوخت‌رسانی به ما عالی هستند، نه ماشین‌هایمان. محققانی که به دنبال ایجاد جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی هستند، باید این فرایند را دوباره مهندسی کنند تا سوخت‌هایی با انرژی بیشتر مانند اتانول یا متان ایجاد کنند.