КАВАНИШ, Жапония, 2022 жылғы 15 қараша /PRNewswire/ — Әлем халқының күрт өсуінен туындаған климаттың өзгеруі, ресурстардың азаюы, түрлердің жойылуы, пластикалық ластану және ормандардың жойылуы сияқты экологиялық мәселелер өзекті болып барады.
Көмірқышқыл газы (CO2) - парниктік газ және климаттың өзгеруінің негізгі себептерінің бірі. Осыған байланысты, «жасанды фотосинтез (көмірқышқыл газының фотототықсыздануы)» деп аталатын процесс өсімдіктер сияқты көмірқышқыл газынан, судан және күн энергиясынан отын мен химиялық заттарға арналған органикалық шикізат өндіре алады. Сонымен қатар, олар энергия мен химиялық өндіріс үшін шикізат ретінде пайдаланылатын CO2 шығарындыларын азайтады. Сондықтан жасанды фотосинтез ең озық жасыл технологиялардың бірі ретінде белгілі.
MOF (металл-органикалық қаңқалар) - бейорганикалық металдар мен органикалық байланыстырғыштардың кластерлерінен тұратын аса кеуекті материалдар. Оларды үлкен беткі ауданы бар нано диапазонында молекулалық деңгейде басқаруға болады. Осы қасиеттерге байланысты MOF-тарды газды сақтауда, бөлуде, металл адсорбциясында, катализде, дәрілік заттарды жеткізуде, суды тазартуда, сенсорларда, электродтарда, сүзгілерде және т.б. қолдануға болады. Жақында MOF-тардың CO2-ні ұстап алу қабілеті бар екені анықталды, оны жасанды фотосинтез деп те аталатын CO2 фотототықсыздануы арқылы органикалық заттарды өндіру үшін пайдалануға болады.
Ал кванттық нүктелер – кванттық химия мен кванттық механика ережелеріне бағынатын оптикалық қасиеттері бар өте ұсақ материалдар (0,5–9 нанометр). Олар «жасанды атомдар немесе жасанды молекулалар» деп аталады, себебі әрбір кванттық нүкте бірнешеден мыңға дейін атомдардан немесе молекулалардан тұрады. Бұл өлшем диапазонында электрондардың энергия деңгейлері үздіксіз болмайды және кванттық шектеу эффектісі деп аталатын физикалық құбылысқа байланысты бөлінеді. Бұл жағдайда шығарылатын жарықтың толқын ұзындығы кванттық нүктенің өлшеміне байланысты болады. Бұл кванттық нүктелерді жоғары жарық сіңіру қабілетіне, бірнеше қоздырғышты тудыру қабілетіне және үлкен беттік ауданына байланысты жасанды фотосинтезде де қолдануға болады.
MOF және кванттық нүктелер Жасыл ғылым альянсы арқылы синтезделді. Бұған дейін олар жасанды фотосинтез үшін арнайы катализатор ретінде құмырсқа қышқылын алу үшін MOF-кванттық нүктелік композиттерді сәтті қолданған. Дегенмен, бұл катализаторлар ұнтақ түрінде болады және бұл катализатор ұнтақтарын әр процесте сүзу арқылы жинау керек. Сондықтан, оны нақты өнеркәсіптік қолдануға қолдану қиын, себебі бұл процестер үздіксіз емес.
Жауап ретінде, Green Science Alliance Co., Ltd компаниясының Каджино Тецуро мырза, Ивабаяши Хирохиса мырза және доктор Мори Рёхей осы арнайы жасанды фотосинтез катализаторларын арзан тоқыма матаға иммобилизациялау үшін өз технологиясын пайдаланып, жаңа құмырсқа қышқылы зауытын ашты. Бұл процесті практикалық өнеркәсіптік қолдану үшін үздіксіз жүргізуге болады. Жасанды фотосинтез реакциясы аяқталғаннан кейін құмырсқа қышқылы бар суды алып, экстракциялауға болады, содан кейін жасанды фотосинтезді қайта бастау үшін контейнерге жаңа тұщы су қосуға болады.
Құмырсқа қышқылы сутегі отынын алмастыра алады. Сутегі негізіндегі қоғамның бүкіл әлемде қабылдануын тежейтін негізгі себептердің бірі - ғаламдағы ең кішкентай атом болып табылатын сутегіні сақтау қиын, ал сутегінің жақсы жабылған резервуарын салу өте қымбатқа түседі. Сонымен қатар, сутегі газы жарылғыш болуы мүмкін және қауіпсіздікке қауіп төндіруі мүмкін. Құмырсқа қышқылдарын отын ретінде сақтау әлдеқайда оңай, себебі олар сұйық. Қажет болған жағдайда, құмырсқа қышқылы сутегіні орнында өндіру реакциясын катализдей алады. Сонымен қатар, құмырсқа қышқылын әртүрлі химиялық заттар үшін шикізат ретінде пайдалануға болады.
Жасанды фотосинтездің тиімділігі қазіргі уақытта өте төмен болса да, Жасыл ғылым альянсы тиімділікті арттыру және шынымен де қолданбалы жасанды фотосинтезді енгізу үшін күресуді жалғастырады.