Photosynthesis: pangunahing mekanismo para sa buhay sa mundong ito, salot ng mga mag-aaral ng biology ng GCSE, at ngayon isang potensyal na paraan upang labanan ang pagbabago ng klima. Ang mga siyentipiko ay nagsusumikap upang makabuo ng isang artipisyal na pamamaraan na gumagaya kung paano ginagamit ng mga halaman ang sikat ng araw upang ibahin ang CO2 at tubig sa isang bagay na maaari nating magamit bilang gasolina. Kung ito ay gagana, ito ay magiging isang win-win scenario para sa amin: hindi lamang tayo makikinabang mula sa nababagong enerhiya na ginawa sa ganitong paraan, ngunit maaari rin itong maging isang mahalagang paraan upang mabawasan ang mga antas ng CO2 sa kapaligiran.
Gayunpaman, tumagal ng mga bilyun-bilyong taon ng mga halaman upang makabuo ng potosintesis, at hindi palaging isang madaling gawain na magtiklop kung ano ang nangyayari sa likas na katangian. Sa ngayon, gumagana ang mga pangunahing hakbang sa artipisyal na photosynthesis, ngunit hindi gaanong mahusay. Ang magandang balita ay ang pagsasaliksik sa larangang ito ay nakakakuha ng bilis at may mga pangkat sa buong mundo na gumagawa ng mga hakbang patungo sa paggamit ng integral na proseso na ito.
Dalawang-hakbang na potosintesis
Ang photosynthesis ay hindi lamang tungkol sa pagkuha ng sikat ng araw. Ang isang butiki na naliligo sa mainit na araw ay maaaring gawin iyon. Ang Photosynthesis ay nagbago sa mga halaman bilang isang paraan upang makuha at maiimbak ang enerhiya na ito (ang bit ng larawan) at i-convert ito sa mga carbohydrates (ang bit ng pagbubuo). Ang mga halaman ay gumagamit ng isang serye ng mga protina at enzyme na pinalakas ng sikat ng araw upang palabasin ang mga electron, na kung saan ay ginagamit upang baguhin ang CO2 sa mga kumplikadong karbohidrat. Talaga, ang artipisyal na potosintesis ay sumusunod sa parehong mga hakbang.
Tingnan ang mga kaugnay na Mga post sa lampara sa London na ginawang mga puntos ng singilin Solar enerhiya sa UK: Paano gumagana ang solar power at ano ang mga kalamangan nito?
Sa natural photosynthesis, na bahagi ng natural carbon cycle, mayroon kaming ilaw, CO2 at tubig na pumapasok sa halaman at ang halaman ay gumagawa ng asukal, paliwanag ni Phil De Luna, isang kandidato sa PhD na nagtatrabaho sa Department of Electrical and Computer Engineering sa Unibersidad. ng Toronto. Sa artipisyal na potosintesis, gumagamit kami ng mga inorganic na aparato at materyales. Ang aktwal na bahagi ng pag-aani ng solar ay ginagawa ng mga solar cells at ang bahagi ng enerhiya-conversion ay ginagawa ng mga electrochemical [reaksyon sa pagkakaroon ng] mga catalista.
Ang talagang nakakaakit sa prosesong ito ay ang kakayahang gumawa ng gasolina para sa pangmatagalang imbakan ng enerhiya. Ito ay higit na higit sa kung ano ang maaaring gawin ng kasalukuyang mga mapagkukunang nababagong enerhiya, kahit na sa umuusbong na teknolohiya ng baterya. Kung ang araw ay wala sa labas o kung hindi ito isang mahangin na araw, halimbawa, ang mga solar panel at mga bukid ng hangin ay humihinto lamang sa paggawa. Para sa matagal na pana-panahong pag-iimbak at pag-iimbak sa mga kumplikadong gasolina, kailangan natin ng mas mahusay na solusyon, sabi ni De Luna. Ang mga baterya ay mahusay para sa araw-araw, para sa mga telepono at kahit na para sa mga kotse, ngunit hindi kami magpapatakbo ng isang [Boeing] 747 na may baterya.
Mga hamon upang malutas
Pagdating sa paglikha ng mga solar cell - ang unang hakbang sa proseso ng artipisyal na potosintesis - mayroon na tayong teknolohiya sa lugar: mga solar-power system. Gayunpaman, ang mga kasalukuyang photovoltaic panel, na karaniwang mga semiconductor-based na system, ay medyo mahal at hindi mabisa kumpara sa kalikasan. Kailangan ng isang bagong teknolohiya; isa na nagsasayang ng mas kaunting enerhiya.
Si Gary Hastings at ang kanyang koponan mula sa Georgia State University, Atlanta , maaaring nadapa sa isang panimulang punto kapag tinitingnan ang orihinal na proseso sa mga halaman. Sa potosintesis, ang mahalagang punto ay nagsasangkot ng paglipat ng mga electron sa isang tiyak na distansya sa cell. Sa napakasimpleng termino, ang kilusang ito na sanhi ng sikat ng araw na paglaon ay nabago sa enerhiya. Ipinakita ni Hastings na ang proseso ay napaka husay sa kalikasan dahil ang mga electron na ito ay hindi maaaring bumalik sa kanilang orihinal na posisyon: Kung ang electron ay bumalik sa kung saan ito nagmula, kung gayon ang solar enerhiya ay nawala. Habang ang posibilidad na ito ay bihira sa mga halaman, madalas itong nangyayari sa mga solar panel, na nagpapaliwanag kung bakit sila ay hindi gaanong mabisa kaysa sa totoong bagay.
Naniniwala si Hastings na ang pananaliksik na ito ay malamang na isulong ang mga teknolohiya ng solar-cell na nauugnay sa produksyon ng kemikal o gasolina, ngunit mabilis niyang ipahiwatig na ito ay isang ideya lamang sa ngayon at ang pagsulong na ito ay malamang na hindi mangyari sa anumang oras sa lalong madaling panahon. Sa mga tuntunin ng paggawa ng isang ganap na artipisyal na solar-cell na teknolohiya na dinisenyo batay sa mga ideyang ito, naniniwala ako na ang teknolohiya ay mas malapit pa sa hinaharap, malamang na wala sa loob ng susunod na limang taon kahit para sa isang prototype.
Ang isang problemang mananaliksik ay naniniwala na malapit kami sa paglutas ay nagsasangkot ng pangalawang hakbang sa proseso: ang pag-convert sa CO2 sa fuel. Dahil ang Molekyul na ito ay napaka-matatag at tumatagal ng isang hindi kapani-paniwalang dami ng enerhiya upang masira ito, ang artipisyal na sistema ay gumagamit ng mga catalista upang babaan ang kinakailangang enerhiya at tulungan mapabilis ang reaksyon Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay nagdudulot ng sarili nitong hanay ng mga problema. Maraming mga pagtatangka sa nakaraang sampung taon, na may mga catalista na gawa sa mangganeso, titan at kobalt, ngunit ang matagal na paggamit ay napatunayan ang sarili nitong isang problema. Ang teorya ay maaaring mukhang maganda, ngunit maaari silang tumigil sa pagtatrabaho pagkalipas ng ilang oras, maging hindi matatag, mabagal o magpapalit ng iba pang mga reaksyong kemikal na maaaring makapinsala sa selyula.
Pero ang isang pakikipagtulungan sa pagitan ng mga mananaliksik ng Canada at Tsino ay tila na-jackpot . Natagpuan nila ang isang paraan upang pagsamahin ang nikel, bakal, kobalt at posporus upang gumana sa isang walang kinikilingan na PH, na ginagawang mas madali ang pagpapatakbo ng system. Dahil ang aming katalista ay maaaring gumana nang maayos sa walang kinikilingan na pH electrolyte, na kinakailangan para sa pagbabawas ng CO2, maaari naming patakbuhin ang electrolysis ng pagbabawas ng CO2 sa isang sistemang walang lamad, at samakatuwid ang boltahe ay maaaring mabawasan, sabi ni Bo Zhang, mula sa Kagawaran ng Macromolecular Science sa Fudan University, China. Sa pamamagitan ng isang kahanga-hangang 64% electrical-to-kemikal na conversion ng kuryente, ang koponan ay may hawak na ngayon ng record na may pinakamataas na kahusayan para sa mga artipisyal na sistemang photosynthesis.
kung paano gamitin ang emojis sa hindi pagkakasundo
Ang pinakamalaking isyu sa kung ano ang mayroon tayo ngayon ay ang sukat
Para sa kanilang pagsisikap, naabot ng koponan ang semi-finals sa NRG COSIA Carbon XPRIZE, na maaaring manalo sa kanila ng $ 20 milyon para sa kanilang pagsasaliksik. Ang layunin ay upang paunlarin ang mga teknolohiyang pambihirang tagumpay na magpapalit ng mga emissions ng CO2 mula sa mga halaman ng kuryente at mga pasilidad na pang-industriya sa mahalagang mga produkto at sa kanilang pinabuting mga artipisyal na sistemang photosynthesis, mayroon silang magandang pagkakataon.
Ang susunod na hamon ay ang pagtaas. Ang pinakamalaking isyu sa kung ano ang mayroon tayo ngayon ay ang sukatan. Kapag sumukat tayo, nawawalan kami ng kahusayan, sabi ni De Luna, na kasangkot din sa pag-aaral ni Zhang. Sa kabutihang palad, hindi naubos ng mga mananaliksik ang kanilang listahan ng mga pagpapabuti, at sinusubukan ngayon na gawing mas mahusay ang mga catalista sa pamamagitan ng iba't ibang mga komposisyon at iba't ibang mga pagsasaayos.
Panalong sa dalawang harapan
Tiyak na may puwang pa rin para sa pagpapabuti sa parehong maikli at pangmatagalang, ngunit marami ang nakadarama ng mabisang potosintesis na may potensyal na maging isang mahalagang tool bilang isang malinis at napapanatiling teknolohiya para sa hinaharap.
Hindi kapani-paniwalang kapana-panabik dahil ang patlang ay mabilis na gumagalaw. Sa mga tuntunin ng komersyalisasyon, nasa tipping point tayo, sabi ni De Luna, na idinagdag na, kung gagana ito ay depende sa maraming mga kadahilanan, na kasama ang patakaran sa publiko at ang pag-ampon ng industriya upang tanggapin ang nababagong teknolohiya ng enerhiya.
Ang pagkuha ng tama ng agham ay talagang ang unang hakbang lamang, pagkatapos. Sa kalagayan ng pagsasaliksik ng mga kagustuhan ng Hastings at Zhang ay darating ang mahalagang hakbangin upang makuha ang artipisyal na potosintesis sa aming pandaigdigang diskarte sa paligid ng nababagong enerhiya. Mataas ang pusta. Kung makarating ito, naninindigan tayo upang manalo sa dalawang harapan - hindi lamang ang paggawa ng mga fuel at produktong kemikal, kundi pati na rin sa pagbawas ng ating carbon footprint sa proseso.
