Para saintis di St John's College, University of Cambridge, ada membangunkan proses baru untuk mengubah cahaya matahari menjadi bahan bakar.

Kaedah "fotosintesis separa buatan" menggunakan cahaya matahari untuk memecah air menjadi hidrogen dan oksigen dalam satu tetapan makmal. Proses mereka menggunakan kedua-dua komponen biologi - enzim dari alga - serta teknologi buatan manusia, membezakannya daripada fotosintesis buatan sepenuhnya, yang hanya menggunakan elemen buatan manusia.

Kertas penyelidikan diterbitkan dalam jurnal Tenaga Alam.

Semasa fotosintesis, proses semulajadi di mana tumbuh-tumbuhan mengekstrak tenaga dari cahaya matahari dan air, air yang diserap oleh tumbuh-tumbuhan terbahagi kepada oksigen dan hidrogen dalam proses yang dipanggil hidrolisis. Hidrogen yang diperoleh daripada proses ini berpotensi digunakan sebagai sumber tenaga yang mampan dan tidak terhad.

Malangnya, fotosintesis semulajadi tidak cekap, menghasilkan hanya sedikit tenaga yang diperlukan untuk organisma untuk terus hidup.

"Fotosintesis semulajadi tidak cekap kerana ia telah berkembang semata-mata untuk terus hidup sehingga menjadikan jumlah minimum tenaga yang diperlukan - sekitar 1-2 peratus daripada apa yang berpotensi dapat diubah dan disimpan," penulis pertama Katarzyna Sokół, seorang pelajar doktor di St. John's College, dalam satu kenyataan.

Fotosintesis buatan telah wujud selama beberapa dekad, tetapi ia telah terjejas oleh pergantungannya terhadap penggunaan pemangkin, yang biasanya mahal dan kadang-kadang menjadi toksik.

Kaedah fotosintesis buatan pertama telah dibangunkan pada akhir 1960s oleh Akira Fujishima, yang mendapati bahawa titanium dioksida boleh digunakan untuk merangsang hidrolisis. Oleh itu, idea telah diterokai selama beberapa dekad, tetapi kaedah berskala industri belum dikembangkan lagi.

Proses yang dikembangkan oleh Sokół dan pasukannya adalah sebahagian daripada pergerakan yang semakin berkembang meneroka fotosintesis separa buatan, yang menggunakan unsur-unsur biologi untuk mengatasi beberapa kekurangan kaedah yang bergantung kepada pemangkin kimia.

Dengan mengekstrak hidrogenase dari alga, suatu organisma - dan dengan meluaskan enzim - yang boleh didapati dengan banyaknya sifat, para penyelidik telah membangunkan satu proses yang secara teorinya lebih murah daripada banyak kaedah sedia ada.

Untuk berbuat demikian, mereka perlu "mengaktifkan semula" pengeluaran hidrogen dalam alga.

"Hidrogenase adalah enzim yang hadir dalam alga yang mampu mengurangkan proton menjadi hidrogen," kata Sokół dalam satu kenyataan. "Semasa evolusi proses ini telah dinyahaktifkan kerana tidak perlu untuk terus hidup tetapi kami berhasil berjaya memintas ketidakaktifan untuk mencapai reaksi yang kami mahu - membelah air menjadi hidrogen dan oksigen."

Untuk mencapai ini, dia menjelaskan, mereka perlu "mengaktifkan semula" pengeluaran hidrogen secara in vitro, apabila hidrogenase digabungkan dengan komponen lain dalam peranti separa buatan.

Akhirnya, peranti separa tiruan yang mereka usahakan dapat mengatasi sistem semula jadi.

"Kita boleh mengatakan bahawa fotosistem sistem 're-wired' sistem kita terus ke hidrogenase dan dengan itu, 'direkayasa semula' laluan jalur fotosintesis yang tidak dapat diakses dalam biologi, untuk mencapai reaksi yang diingini air yang berpecah menjadi hidrogen dan oksigen dengan selektiviti yang tinggi dan kecekapan, "kata Sokół.

Walau bagaimanapun, Sokół menjelaskan, projek mereka masih pada skala percubaan dan ada jalan panjang untuk pergi sebelum ia dapat diterapkan pada tahap perindustrian.

"Pengembangan sistem model ini mengatasi banyak cabaran sukar yang berkaitan dengan perhimpunan antaramuka sintetik-biologi melalui pendekatan multi-disiplin, dan sebagai hasilnya menyediakan kotak alat untuk membangun sistem separa tiruan masa depan bagi penukaran dan penyimpanan tenaga solar," katanya. kata.

"Sistem kami adalah alat bukti-konsep, kerana ia masih rapuh untuk digunakan sebagai teknologi berskala besar."

Walau bagaimanapun, teknologi baru adalah langkah besar ke arah fotosintesis semi-tiruan berskala besar.

Sokół menekankan bahawa platform separa buatan boleh mempunyai beberapa aplikasi di luar menuai tenaga berkuasa solar.

"Platform separuh tiruan dapat membolehkan kami menggantikan komponen dan memperluaskan aplikasi dari pembuangan air suria ke penetapan karbon dioksida matahari dan menggantikan enzim rapuh dengan lebih banyak sel-sel fotosintesis yang lebih kuat dalam pembangunan masa depan," katanya.

"Penurunan karbon dioksida gas rumah hijau menggunakan kaedah kimia lebih mencabar daripada pemisahan air untuk menghasilkan hidrogen."