به گزارش اسپوتنیک، دانشمندان به بازتولید فتوسنتز، مکانیزمی که توسط طبیعت برای به دست آوردن انرژی اختراع شده است، نزدیک شده اند، که مهمترین فرآیند شیمیایی برای حیات روی زمین است. در این راستا، تحقیقات نیز به طور فعال در روسیه انجام می شود.
طرح پیچیده
گیاهان، سیانوباکترها و آرکیاها از انرژی خورشید برای جذب دی اکسید کربن از هوا استفاده می کنند. سپس از CO2 و آب، مواد آلی را سنتز می کنند. اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی تولید می شود - تمام O2 موجود در جو زمین به این ترتیب ایجاد می شود.
کارشناسان در حال بررسی دقیق این روند هستند. یکی از کارها ساخت نیروگاه های مصنوعی است که کار سیستم طبیعی را تقلید می کند. اما بازتولید فتوسنتز بسیار دشوار است و علم هنوز قادر به تسلط کامل بر انرژی خورشیدی نیست.
در گیاهان عالی و سیانوباکتری ها، کوانتومی از نور توسط رنگدانه کلروفیل جذب می شود که از مولکول آن یک الکترون جدا می شود و در امتداد به اصطلاح زنجیره انتقال الکترون حرکت می کند. مدار پیچیده ای راه اندازی می شود که در نهایت انرژی برای تثبیت CO2 ایجاد می کند.
برای ایجاد دستگاه های انرژی موثر، لازم است که الکترون "پاره شده" در نتیجه برهم کنش فوتون و کلروفیل در اعماق "سیستم حمل و نقل" گم نشود، بلکه بلافاصله به گیرنده دستگاه انرژی برسد. . و اخیراً یک تیم بین المللی از دانشمندان به رهبری کارشناسان دانشگاه کمبریج گفته اند که به این هدف نزدیک تر هستند.
رمز گشایی سیستم
این کشف به طور تصادفی انجام شد. شیمیدان جنی ژانگ و همکارانش می‌خواستند دریابند که چگونه مولکول‌هایی که به نام کینون‌ها شناخته می‌شوند، الکترون‌های آزاد شده توسط کلروفیل را هنگام قرار گرفتن در معرض نور "دزدیده‌اند". دانشمندان با استفاده از طیف‌سنجی فوق سریع، کشت سیانوباکتری‌ها را مورد مطالعه قرار دادند که امکان ردیابی جریان انرژی در سلول‌های فتوسنتزی زنده را در مقیاس فمتوثانیه - ده تا پانزدهمین توان در ثانیه - فراهم می‌کند.
به طور غیر منتظره، مشخص شد که داربست پروتئینی، جایی که واکنش های شیمیایی اولیه فتوسنتز در آن انجام می شود، دارای "سوراخ" است. از طریق آنها، الکترون ها خارج می شوند و کینون ها آنها را از بین می برند. به گفته دانشمندان، چنین نشتی به گیاهان کمک می کند تا در صورت شدید بودن تشعشع که سیستم نمی تواند آن را "هضم" کند، از آسیب محافظت کنند.
ژانگ می‌گوید: "بسیاری از دانشمندان سعی کرده‌اند الکترون‌ها را در مراحل اولیه فتوسنتز استخراج کنند. اما تا کنون، این امر غیرممکن تلقی می‌شد، زیرا انرژی بسیار عمیق در چارچوب پروتئین جاسازی شده است. این واقعیت که ما موفق به "دزدیدن" الکترون‌ها شدیم. در مراحل اولیه، تخیل شگفت انگیز است."
تیم دانشمندان امیدوارند که در آینده، با کمک چنین "هک" فتوسنتز، امکان تسریع در ایجاد منابع انرژی تجدید پذیر وجود داشته باشد. اما این نیاز به تحقیقات بیشتری دارد.
رئیس آزمایشگاه فتوبیوسنتز کنترل شده انستیتو فیزیولوژی گیاهی تیمیریازف آکادمی علوم روسیه، عضو مسئول آکادمی علوم روسیه، سلیمان الله وردیف، این کار را یک دستاورد قابل توجه می داند.
با این حال، تکرار نتایج، نه تنها با استفاده از سیانوباکترها، بلکه سایر سیستم‌های مدل نیز مهم است. در عین حال، ارزیابی بازده کوانتومی این مدل بسیار ساده که مرحله اولیه انتقال الکترون را شبیه‌سازی می‌کند، ضروری است. این دانشمند روسی خاطرنشان کرد: و پایداری آن در شرایط متغیر خارجی.
"هر دو فرآیند رایگان هستند"
آزمایشگاه الله وردیف به طور فعال در حال مطالعه امکان استفاده از سیستم های مبتنی بر فتوسنتز در بخش انرژی است. یکی از زمینه های کار، تهیه یک پایگاه علمی برای ایجاد دستگاه های تولید هیدروژن است.
این متخصص توضیح می‌دهد: "انرژی این فرآیند توسط خورشید تامین می‌شود و الکترون‌ها و پروتون‌ها از طریق تقسیم فتوسنتزی آب در فتوسنتز اکسیژنی تامین می‌شوند. هر دو فرآیند رایگان هستند و طبیعت دوم میلیون‌ها سال است که در حال بهینه‌سازی بوده است." .
علاوه بر این، دانشمندان روسی به دنبال روش های جدیدی برای استفاده از انرژی خورشیدی هستند که استفاده از فلزات کمیاب و سنگین را در فرآیندهای مختلف فوتوکاتالیز به حداقل برساند. این، از جمله، به حل مشکل اشباع بیش از حد جو با گازهای گلخانه ای کمک می کند.
به گفته الله وردیف، پیش بینی زمان ظهور نیروگاه ها بر اساس فتوسنتز دشوار است، اما دانشمندان در حال ایجاد پیش نیازهایی برای حل این موضوع هستند.
الله وردیف تاکید کرد: استفاده بهینه از انرژی خورشیدی و آب، ایجاد سیستم‌های فتوسنتز مصنوعی امیدوارکننده و توسعه کاتالیزور تولیدی برای به دست آوردن هیدروژن مولکولی دوست‌دار محیط‌زیست، زمینه‌های تحقیقاتی است که آینده بشر به موفقیت آن بستگی دارد.
به نظر وی، با وجود مشکلات ایجاد چنین سیستم هایی، تلاش برای توسعه آنها باید ادامه یابد.