ԿԱՎԱՆԻՇ, Ճապոնիա, 2022 թվականի նոյեմբերի 15 /PRNewswire/ — Աշխարհի բնակչության աճի պատճառով առաջացած բնապահպանական խնդիրները, ինչպիսիք են կլիմայի փոփոխությունը, ռեսուրսների սպառումը, տեսակների ոչնչացումը, պլաստիկ աղտոտումը և անտառահատումները, ավելի ու ավելի հրատապ են դառնում։
Ածխաթթու գազը (CO2) ջերմոցային գազ է և կլիմայի փոփոխության հիմնական պատճառներից մեկը։ Այս առումով, «արհեստական ​​ֆոտոսինթեզ (ածխաթթու գազի ֆոտովերականգնում)» կոչվող գործընթացը կարող է ածխաթթու գազից, ջրից և արևային էներգիայից ստանալ վառելիքի և քիմիական նյութերի համար օրգանական հումք, ինչպես նաև բույսերը։ Միևնույն ժամանակ, դրանք նվազեցնում են CO2 արտանետումները, որոնք օգտագործվում են որպես հումք էներգիայի և քիմիական նյութերի արտադրության համար։ Հետևաբար, արհեստական ​​ֆոտոսինթեզը հայտնի է որպես ամենաառաջադեմ կանաչ տեխնոլոգիաներից մեկը։
ՄՕՖ-ները (մետաղ-օրգանական շրջանակներ) գերծակոտկեն նյութեր են, որոնք կազմված են անօրգանական մետաղների կլաստերներից և օրգանական կապակցող նյութերից: Դրանք կարող են կառավարվել մոլեկուլային մակարդակում՝ նանո տիրույթում՝ մեծ մակերեսային մակերեսով: Այս հատկությունների շնորհիվ ՄՕՖ-ները կարող են կիրառվել գազի պահեստավորման, բաժանման, մետաղների ադսորբցիայի, կատալիզի, դեղերի մատակարարման, ջրի մաքրման, սենսորների, էլեկտրոդների, ֆիլտրերի և այլնի մեջ: Վերջերս պարզվել է, որ ՄՕՖ-ները ունեն CO2-ը կլանելու ունակություն, որը կարող է օգտագործվել օրգանական նյութեր ստանալու համար՝ CO2 ֆոտովերականգնման, որը հայտնի է նաև որպես արհեստական ​​ֆոտոսինթեզ:
Քվանտային կետերը, մյուս կողմից, գերփոքր նյութեր են (0.5–9 նանոմետր), որոնց օպտիկական հատկությունները ենթարկվում են քվանտային քիմիայի և քվանտային մեխանիկայի կանոններին: Դրանք կոչվում են «արհեստական ​​ատոմներ կամ արհեստական ​​մոլեկուլներ», քանի որ յուրաքանչյուր քվանտային կետ բաղկացած է ընդամենը մի քանիից մինչև հազարավոր ատոմներից կամ մոլեկուլներից: Այս չափերի միջակայքում էլեկտրոնների էներգիայի մակարդակները այլևս անընդհատ չեն և բաժանվում են քվանտային սահմանափակման էֆեկտ կոչվող ֆիզիկական երևույթի պատճառով: Այս դեպքում ճառագայթված լույսի ալիքի երկարությունը կախված կլինի քվանտային կետի չափից: Այս քվանտային կետերը կարող են կիրառվել նաև արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի մեջ՝ լույսի բարձր կլանման ունակության, բազմաթիվ էքսիտոններ առաջացնելու ունակության և մեծ մակերեսի մակերեսի շնորհիվ:
Կանաչ գիտության դաշինքը սինթեզել է և՛ MOF-ները, և՛ քվանտային կետերը: Նախկինում նրանք հաջողությամբ օգտագործել են MOF-քվանտային կետերի կոմպոզիտներ՝ արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի հատուկ կատալիզատորի դերում մրջնաթթու ստանալու համար: Այնուամենայնիվ, այս կատալիզատորները փոշու տեսքով են, և այս կատալիզատորային փոշիները պետք է հավաքվեն ֆիլտրացիայի միջոցով յուրաքանչյուր գործընթացում: Հետևաբար, դժվար է դրանք կիրառել իրական արդյունաբերական օգտագործման համար, քանի որ այս գործընթացները շարունակական չեն:
Ի պատասխան, «Green Science Alliance Co., Ltd.»-ի պարոն Կաջինո Տեցուրոն, պարոն Իվաբայաշի Հիրոհիսան և դոկտոր Մորի Ռյոհեյը օգտագործեցին իրենց տեխնոլոգիան՝ այս հատուկ արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի կատալիզատորները էժան տեքստիլ գործվածքի վրա անշարժացնելու համար և բացեցին նոր մրջնաթթվի գործարան: Գործընթացը կարող է շարունակաբար իրականացվել գործնական արդյունաբերական կիրառությունների համար: Արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի ռեակցիայի ավարտից հետո մրջնաթթու պարունակող ջուրը կարող է հանվել և արդյունահանվել, ապա տարայի մեջ կարող է ավելացվել նոր թարմ ջուր՝ արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի վերսկսումը շարունակելու համար:
Մրջնաթթուն կարող է փոխարինել ջրածնային վառելիքին: Ջրածնի վրա հիմնված հասարակության համաշխարհային ընդունումը խոչընդոտող հիմնական պատճառներից մեկն այն է, որ ջրածինը՝ տիեզերքի ամենափոքր ատոմը, դժվար է պահել, և ջրածնի լավ փակված ռեզերվուար կառուցելը շատ թանկ կլինի: Բացի այդ, ջրածնային գազը կարող է պայթուցիկ լինել և անվտանգության համար վտանգ ներկայացնել: Մրջնաթթուները որպես վառելիք շատ ավելի հեշտ է պահել, քանի որ դրանք հեղուկ են: Անհրաժեշտության դեպքում, մրջնաթթուն կարող է կատալիզացնել ռեակցիան՝ տեղում ջրածին արտադրելու համար: Բացի այդ, մրջնաթթուն կարող է օգտագործվել որպես հումք տարբեր քիմիական նյութերի համար:
Նույնիսկ եթե արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի արդյունավետությունը ներկայումս դեռևս շատ ցածր է, Կանաչ գիտության դաշինքը կշարունակի պայքարել արդյունավետությունը բարձրացնելու և իսկապես կիրառական արհեստական ​​ֆոտոսինթեզ ներդնելու համար։