Каваниши, Жапония, 2022 жылғы 15 қараша /PRNewswire/ — Дем алудың күрт өсуіне байланысты әлемде климаттың өзгеруі, табиғи ресурстардың азаюы, түрлердің жойылуы, пластикалық ластану және ормандардың жойылуы сияқты экологиялық мәселелер ушығып барады.
Көмірқышқыл газы (CO2) - парниктік газ және климаттың өзгеруінің негізгі себептерінің бірі. Осыған байланысты, «жасанды фотосинтез (CO2 фотототықсыздануы)» деп аталатын процесс өсімдіктер сияқты CO2, су және күн энергиясынан отын мен химиялық заттарға арналған органикалық шикізат өндіре алады. Сонымен қатар, олар CO2 шығарындыларын да азайтады, себебі CO2 энергия мен химиялық ресурстарды өндіру үшін шикізат ретінде пайдаланылады. Сондықтан жасанды фотосинтез ең жаңа жасыл технологиялардың бірі болып саналады.
MOF (Металл органикалық құрылымдар) - бейорганикалық металдар мен органикалық байланыстырғыштардың кластерлерінен тұратын ультракеуекті материалдар. Оларды нанометрлік диапазондағы молекулалық деңгейде басқаруға болады және үлкен беткі ауданға ие. Осы қасиеттерге байланысты MOF-тарды газды сақтауда, бөлуде, металды адсорбциялауда, катализде, дәрілік заттарды жеткізуде, суды тазартуда, сенсорларда, электродтарда, сүзгілерде және т.б. қолдануға болады. Жақында MOF-тардың CO2-ні фотототықсыздандыратын, яғни жасанды фотосинтезге айналдыратын CO2 ұстау қабілеті бар екені анықталды.
Ал кванттық нүктелер – оптикалық қасиеттері кванттық химия мен кванттық механика ережелеріне сәйкес келетін аса жұқа материалдар (0,5–9 нм). Олар «жасанды атомдар немесе жасанды молекулалар» деп аталады, себебі әрбір кванттық нүкте бірнеше немесе бірнеше мың атомнан немесе молекуладан 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 нүктелердің 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 аясында синтезделді. Бұған дейін олар жасанды фотосинтез үшін арнайы катализатор ретінде құмырсқа қышқылын алу үшін MOF кванттық нүктелік композиттік материалдарын сәтті пайдаланған. Дегенмен, бұл катализаторлар ұнтақ түрінде болады және бұл катализатор ұнтақтарын әр процесте сүзу арқылы жинау керек. Сондықтан, бұл процестер үздіксіз болмағандықтан, оларды практикалық өнеркәсіптік мақсатта қолдану қиын.
Жауап ретінде, Green Science Alliance Co., Ltd компаниясының Тецуро Каджино мырза, Хирохиса Ивабаяши мырза және доктор Рёхей Мори осы арнайы жасанды фотосинтез катализаторларын арзан тоқыма парақтарына иммобилизациялау үшін өз технологиясын пайдаланып, практикалық өнеркәсіптік қолданбаларда үздіксіз жұмыс істей алатын құмырсқа қышқылын өндірудің жаңа процесін жасады. Жасанды фотосинтез реакциясы аяқталғаннан кейін, құмырсқа қышқылы бар суды экстракциялау үшін алуға болады, ал жасанды фотосинтезді үздіксіз жалғастыру үшін контейнерге жаңа тұщы су қосуға болады.
Құмырсқа қышқылы сутегі отынын алмастыра алады. Сутегі қоғамының бүкіл әлемге таралуына кедергі келтіретін негізгі себептердің бірі - сутегі ғаламдағы ең кішкентай атом, сондықтан оны сақтау қиын, ал жоғары тығыздау әсері бар сутегі багын өндіру өте қымбатқа түседі. Сонымен қатар, сутегі газы жарылғыш болуы мүмкін және қауіпсіздікке қауіп төндіруі мүмкін. Құмырсқа қышқылы сұйықтық болғандықтан, оны отын ретінде сақтау оңайырақ. Қажет болған жағдайда, құмырсқа қышқылын сутегі өндірісін орнында катализдеу үшін пайдалануға болады. Сонымен қатар, құмырсқа қышқылын әртүрлі химиялық заттар үшін шикізат ретінде пайдалануға болады.
Жасанды фотосинтездің тиімділігі әлі де төмен болса да, Жасыл ғылым альянсы жасанды фотосинтездің практикалық қолданылуын қамтамасыз ету үшін тиімділікті арттыру үшін күресуді жалғастырады.