פוטוסינתזה מלאכותית להמרת אנרגיה סולארית לאנרגיה כימית

חוקרים השתמשו בגישה ביו-אורגנית היברידית לפיתוח מערכת פוטוסינתזה מלאכותית המשלבת בתוכה ננו-חוטים של מוליכים למחצה יחד עם חיידקים נבחרים לייצור של מימן, פחמן דו-חמצני ומתאן, המרכיב העיקרי בגז טבעי

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]

חוקרים ממשרד האנרגיה של ארה”ב השתמשו בגישה ביו-אורגנית היברידית לפיתוח מערכת פוטוסינתזה מלאכותית המשלבת בתוכה ננו-חוטים של מוליכים למחצה יחד עם חיידקים נבחרים לייצור של מימן, פחמן דו-חמצני ומתאן, המרכיב העיקרי בגז טבעי. “מחקר זה מהווה פריצת דרך נוספת בתחומים של המרת אנרגיה סולארית לאנרגיה כימית ומערכות פוטוסינתזה מלאכותיות”, אומר החוקר הראשי Peidong Yang. “באמצעות ייצור מימן והעברתו למערכת חיידקים הניזונה ממנו ויוצרת כתוצאה מכך מתאן, אנו מצפים כעת ליעילות המרת אנרגיה חשמלית-כימית של יותר מחמישים אחוזים, והמרה סולארית-כימית של עשרה אחוזים במסגרת המערכת שלנו”. ממצאי המחקר פורסמו זה מכבר בכתב-העת המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences.

פוטוסינתזה היא התהליך באמצעותו הטבע מנצל את אנרגיית השמש ומשתמש בה בכדי לסנתז פחמימות מתוך פחמן דו-חמצני ומים. הפחמימות עצמן הן ביו-מולקולות המאחסנות בתוכן אנרגיה כימית הנצרכת על ידי התאים החיים. במערכות קודמות, מערך של ננו-חוטי סיליקון ותחמוצת טיטאניום אפשר איסוף של אנרגיה סולארית והזרמת האלקטרונים לחיידקים המשתמשים בהם לשם חיזור פחמן דו-חמצני למגוון תוצרים כימיים חשובים. במערכת החדשה, אנרגיה סולארית משמשת לביקוע מולקולת מים לחמצן ומימן. בשלב הבא, המימן מוזרם לחיידקים המשתמשים בו לשם חיזור פחמן דו-חמצני לתוצר כימי חשוב יחיד – הגז מתאן. העיקרון בבסיס שתי המערכות הוא בעיקרו זהה – קרומית של ננו-חוטים מוליכים למחצה המסוגלים לרתום אנרגיה סולארית והכוללת בתוכה חיידקים הצורכים את האנרגיה הזו לשם ייצור כימיקל מבוסס-פחמנים מוגדר.

המערכת החדשה מורכבת מקרומית הכוללת פוטו-קתודה של אינדיום פוספיד ופוטו-אנודה של דו-תחמוצת הטיטאניום וכן ארכאונים אל-אווירניים (סוג של מיקרואורגניזמים) המחזרים פחמן דו-חמצני בעזרת מימן, ולא בעזרת אלקטרונים כבעבר. “השימוש במימן כנשא האנרגיה במקום באלקטרונים הופך את התהליך ליעיל הרבה יותר, זאת לאור העובדה כי מימן מולקולארי, בזכות הקשרים הכימיים שבתוכו, הוא בעל יכולת גבוהה יותר מבחינת אחסון והעברת אנרגיה”, מסבירה אחת החוקרות. “בחרנו בגז מתאן בתור התוצר הראשוני תודות לקלות ההפרדה שלו, ליכולת לשלבו בתוך תשתיות קיימות להולכה ולשימוש בגז טבעי, ולאור העובדה כי המרה ישירה של פחמן דו-חמצני למתאן בעזרת זרזים מלאכותיים הוכחה כמשימה מאתגרת במיוחד”, מוסיף החוקר הראשי. “מאחר ואנו עדיין משיגים את מרבית המתאן שלנו מתוך גז טבעי, שהוא זוג של דלק מאובנים, בדר”כ בטכנולוגיה מזיקה לסביבה של סידוק הידראולי (fracking), היכולת לייצר מתאן מתוך מקור מימן מתחדש מהווה יתרון חשוב נוסף”.

הידיעה על המחקר

תקציר המאמר

עוד בנושא באתר הידען:

• עלה מלאכותי לייצור יעיל של חשמל
• השמש והרוח יספקו את האנרגיה הזולה ביותר בעתיד
• תרד כמקור לאנרגיה חלופית