Kunstig fotosyntese kan omdanne ubrugelig kuldioxid til myresyre, der bruges i industrien

Med energi fra solen, et særligt enzym kan omdanne CO ₂ molekyler til myresyre. Dette kan både fjerne CO ₂ og give os noget mere nyttigt.

Planters fotosyntese er et af naturens mange vidundere. Ved at bruge sollysets energi, kuldioxid (CO ₂ ) og vand omdannes til sukker og andre kulhydrater, samt ilt.

Dette gøres gennem en række kemiske processer. Ved at efterligne dele af eller hele fotosyntesen, kan vi være i stand til at udlede mindre CO ₂ eller fange noget af det, der svæver rundt i luften?

Over hele verden, videnskabsmænd er inspireret af fotosyntesen. En af dem er kemiker Kaiqi Xu ved Universitetet i Oslo.

"Vi ønsker at bruge kunstig fotosyntese, fordi naturlig fotosyntese ikke altid er særlig effektiv, " siger Xu.

Han siger ikke dette for at underminere naturens eget kemiske laboratorium, men der er ingen tvivl om, at der er plads til forbedringer. For eksempel, planterne udnytter kun 1-2 procent af sollyset. En siliciumsolcelle udnytter mellem 15 og 24 pct.

"Naturlig fotosyntese kan producere sukker fra CO2 og vand. Vi ønsker at producere noget mere nyttigt, " fortæller Xu til Titan.uio.no.

Hans doktorgrad er et lille skridt på vejen til, hvad der kan være en mulighed for at kontrollere CO2-niveauet.

Enzym fra virus eller bakterier

Xu har undersøgt et enzym, der kan omdanne CO ₂ til myresyre, et stof, der bruges i flere former for industri.

Enzymer er en type protein, der fungerer som katalysatorer i biologiske processer, både i din krop, i planter og alle andre steder. Disse har specialiseret sig i at fremkalde meget specifikke reaktioner.

Der findes utallige forskellige enzymer. Xu kalder sit enzym en oxygentolerant formiatdehydrogenase, og det tilhører en gruppe kaldet FDH-enzymer.

"Enzymet vi bruger er produceret af bakterier eller vira, men jeg tror også, at nogle videnskabsmænd bruger FDH-enzymer direkte fra planter, " siger Xu.

Under de rette omstændigheder, Xus FDH-enzym kan få fat i CO ₂ molekyle og omdanne det til myresyre. Men til dette har den brug for energi.

Det samme sker i en solcelle

Han får energien fra et nanorør lavet af tantalnitrid, Ta ₃ N ₅ , hvor hvert molekyle består af tre atomer af grundstoffet tantal og fem nitrogenatomer.

"Tantalnitrid er en halvleder med unikke egenskaber. Den kan absorbere sollys og omdanne det til energi, der kan udnyttes direkte af os, " forklarer Xu.

Når sollys rammer tantalnitrid, en præcis passende mængde energi udsendes. Det er det samme, der sker i en solcelle. En elektron springer ud, men hvor en solcelle ønsker, kaster elektronen ind i et kredsløb, Xu vil have det til at drive de kemiske reaktioner i FDH-enzymet.

"Enzymet kan fange elektroner genereret fra tantalnitrid og derefter udføre reaktionen, " siger Xu.

Det er ikke tilfældigt, at han bruger tantalnitrid i sin forskning.

"Tantalnitrid opfylder mange af kravene til at udføre fotosyntese, " siger Xu.

Dels fordi den har et båndgab på 2,1 elektronvolt. Båndgab er den energi, der skal til for at få en elektron ud af sin grundtilstand. Denne energi på 2,1 elektronvolt kan drive den overordnede fotosynteseproces, inklusiv den energi, som enzymet har brug for til dets arbejde.

"Så kan dette enzym omdanne CO ₂ til myresyre, en sammensætning, der er meget mere værdifuld, " siger Xu.

Ud over, vi kan slippe af med noget CO ₂ , selvfølgelig, hvilket ikke er nogen ulempe i forhold til klimaforandringerne.

Kan fange CO ₂

Xu laver meget små rør med tantalnitrid. Så små, at de er på nanoniveau. Nano betyder en milliardtedel.

"Vi laver nanorør af tantalnitrid, fordi rør har et meget stort overfladeareal og dermed kan absorbere mere sollys."

Måske kan teknologien i fremtiden bidrage til CO ₂ fange.

"Hvis vi kan gøre det til et tyndt lag, vi kan sætte det på tage og vægge, som så hjælper med at fange CO ₂ , " siger Xu.

"Meget vi ikke ved"

Men der skal en masse forskning til, før vi når dertil. Xus FDH-enzym har stadig mange hemmeligheder.

"Nu ved vi lidt om dette enzym, men der er stadig meget vi ikke ved, " han siger.

"Hvis vi kan få endnu bedre indsigt i enzymet, og hvis vi kan efterligne det, vi kan gøre dette i større skala. Så kan det helt sikkert være med til at kontrollere CO ₂ niveau."

"Hvis vi kan gøre det endnu mere effektivt, det kan overgå funktionen af ​​grønne planter, " siger Xu.