KAWANISH, Japan, Nob. 15, 2022 /PRNewswire/ — Ang mga isyung pangkapaligiran tulad ng pagbabago ng klima, pagkaubos ng mapagkukunan, pagkalipol ng mga uri ng hayop, polusyon sa plastik at deforestation na dulot ng pagdagsa ng populasyon sa mundo ay nagiging mas apurahan.
Ang carbon dioxide (CO2) ay isang greenhouse gas at isa sa mga pangunahing sanhi ng pagbabago ng klima. Kaugnay nito, ang isang prosesong tinatawag na "artificial photosynthesis (photoreduction of carbon dioxide)" ay maaaring makagawa ng mga organikong hilaw na materyales para sa panggatong at mga kemikal mula sa carbon dioxide, tubig at solar energy, tulad ng ginagawa ng mga halaman. Kasabay nito, binabawasan nila ang mga emisyon ng CO2, na ginagamit bilang feedstock para sa enerhiya at produksyon ng kemikal. Samakatuwid, ang artipisyal na photosynthesis ay kilala bilang isa sa mga pinaka-advanced na berdeng teknolohiya.
Ang mga MOF (metal-organic frameworks) ay mga superporous na materyales na binubuo ng mga kumpol ng mga inorganic na metal at mga organic linker. Maaari silang kontrolin sa antas ng molekular sa nano range na may malaking surface area. Dahil sa mga katangiang ito, ang mga MOF ay maaaring gamitin sa pag-iimbak ng gas, paghihiwalay, metal adsorption, catalysis, paghahatid ng gamot, paggamot ng tubig, mga sensor, electrode, filter, atbp. Kamakailan lamang ay natuklasan na ang mga MOF ay may kakayahang kumuha ng CO2, na maaaring gamitin upang makagawa ng mga organikong sangkap sa pamamagitan ng CO2 photoreduction, na kilala rin bilang artipisyal na photosynthesis.
Ang mga quantum dots, sa kabilang banda, ay mga napakaliit na materyales (0.5–9 nanometer) na may mga optical properties na sumusunod sa mga tuntunin ng quantum chemistry at quantum mechanics. Tinatawag silang "artificial atoms o artipisyal na mga molekula" dahil ang bawat quantum dot ay binubuo lamang ng ilan hanggang libu-libong atoms o molekula. Sa ganitong saklaw ng laki, ang mga antas ng enerhiya ng mga electron ay hindi na tuloy-tuloy at nagkakahiwalay dahil sa isang pisikal na phenomenon na kilala bilang quantum confinement effect. Sa kasong ito, ang wavelength ng inilalabas na liwanag ay depende sa laki ng quantum dot. Ang mga quantum dots na ito ay maaari ding gamitin sa artipisyal na photosynthesis dahil sa kanilang mataas na kapasidad sa pagsipsip ng liwanag, kakayahang makabuo ng maraming exciton at malaking surface area.
Ang parehong MOF at quantum dots ay na-synthesize na ng Green Science Alliance. Dati, matagumpay nilang ginamit ang MOF-quantum dot composites upang makagawa ng formic acid bilang isang espesyal na katalista para sa artipisyal na photosynthesis. Gayunpaman, ang mga katalistang ito ay nasa anyong pulbos at ang mga pulbos ng katalistang ito ay dapat kolektahin sa pamamagitan ng pagsasala sa bawat proseso. Samakatuwid, mahirap itong ilapat sa totoong paggamit sa industriya dahil ang mga prosesong ito ay hindi tuluy-tuloy.
Bilang tugon, ginamit nina G. Kajino Tetsuro, G. Iwabayashi Hirohisa, at Dr. Mori Ryohei ng Green Science Alliance Co., Ltd. ang kanilang teknolohiya upang i-immobilize ang mga espesyal na artipisyal na photosynthesis catalyst na ito sa isang murang tela at nagbukas ng isang bagong planta ng formic acid. Ang proseso ay maaaring patuloy na patakbuhin para sa mga praktikal na aplikasyon sa industriya. Pagkatapos makumpleto ang artipisyal na reaksyon ng photosynthesis, ang tubig na naglalaman ng formic acid ay maaaring kunin at kunin, at pagkatapos ay maaaring idagdag ang bagong sariwang tubig sa lalagyan upang ipagpatuloy ang pagpapatuloy ng artipisyal na photosynthesis.
Maaaring palitan ng formic acid ang hydrogen fuel. Isa sa mga pangunahing dahilan kung bakit nakahahadlang sa pandaigdigang pag-aampon ng isang lipunang nakabatay sa hydrogen ay dahil ang hydrogen, ang pinakamaliit na atomo sa sansinukob, ay mahirap iimbak, at magiging napakamahal ang paggawa ng isang maayos na natatakpang imbakan ng hydrogen. Bukod pa rito, ang hydrogen gas ay maaaring sumabog at magdulot ng panganib sa kaligtasan. Mas madaling mag-imbak ng formic acid bilang panggatong dahil ang mga ito ay likido. Kung kinakailangan, maaaring pabilisin ng formic acid ang reaksyon upang makagawa ng hydrogen in situ. Bukod pa rito, ang formic acid ay maaaring gamitin bilang hilaw na materyal para sa iba't ibang kemikal.
Kahit na ang kahusayan ng artipisyal na potosintesis ay napakababa pa rin sa kasalukuyan, ang Green Science Alliance ay patuloy na lalaban upang mapataas ang kahusayan at magpapakilala ng tunay na inilapat na artipisyal na potosintesis.