Hvad er kunstig fotosyntese?
Planter får deres energi på en måde, der er meget forskellig fra den måde, mennesker får energi. Når et menneske har brug for energi, spiser han mad. Når en plante har brug for energi, bruger den fotosynteseprocessen til at optage kuldioxid fra miljøet og bruge sollys til at omdanne det til sukkerarter, som er den type energi, den har brug for for at kunne leve. Forskere har arbejdet på at gentage processen med fotosyntesen og forsøge at udnytte solens energi på en ny, effektiv og økologisk venlig måde, og den kunstige fotosynteseforskning har givet interessante resultater.
Evnen til at fremstille kunstig fotosyntese blev først annonceret i 2000, skønt forskningen havde været i planlægningsstadierne før da. Forskere stolede på Honda-Fujishima-effekten, der blev opdaget i 1953 og bruger titandioxid som fotokatalysator. En fotokatalysator fremskynder processer, der vedrører lys og i dette tilfælde energi.
På grund af den videnskabelige og forretningsmæssige interesse for kunstig fotosyntese og ønsket om potentielle nye produkter, der kunne stamme fra den, blev forskningsområdet opdelt i to sider. Dette gav to forskellige resultater: fotoelektrokemiske celler og farvestofsensibiliserede solceller. Hver celle arbejder på forskellige principper, men forsøger at opnå det samme resultat: kunstig fotosyntetisk energi, der kan udnyttes og opbevares til senere brug, hvilket vil reducere verdens afhængighed af ikke-vedvarende energikilder.
Fotoelektrokemiske celler, også omtalt som PEC'er, bruger den elektriske strøm af vand til at skabe brint og ilt i en proces kaldet elektrolyse. Elektricitet kan derefter opbevares i brintet, som er en "energibærer", og energien kan bruges senere, f.eks. I batterier. Der er to typer PEC'er, en der bruger halvlederoverflader til at absorbere solenergien og hjælpe med at opdele vandmolekyler til energiforbrug. Den anden sort bruger opløste metaller til at trække solenergi ind og starte processen med kunstig fotosyntese. De mest almindelige metalkatalysatorer til denne reaktionstype er kobolt og rhodium. Forskere fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) har fundet, at disse metaller er de mest effektive til denne slags arbejde.
Den anden type celle, der undersøges, den farvestofsensibiliserede solcelle, kaldes undertiden en Gratzel-celle eller Graetzel-celle. Som PEC'er bruger farvesensibiliserede kunstige fotosynteseceller en halvleder til at opsamle energi, normalt silicium. I farvesensibiliserede celler bruges halvlederen til at transportere den opsamlede energi, og fotoelektronerne eller energipartikler separeres og udnyttes ved hjælp af specielle farvestoffer. Gratzel-celler anses for at være den mest effektive form for kunstig fotosyntese, der i øjeblikket er tilgængelig, samt den mest omkostningseffektive at fremstille. Ulemperne skyldes hovedsageligt temperaturproblemer relateret til de flydende farvestoffer, fordi disse kan fryse ved lavere temperaturer og ophøre med energiproduktionen og ekspandere ved højere temperaturer og brud.
Der forskes stadig inden for kunstig fotosyntese, især for at finde bedre katalysatorer og energitransportmekanismer. Selvom de ikke er den mest effektive form for energiproduktion, der er tilgængelig, er der stadig stor interesse for dem på grund af deres høje potentialeudbytte, lave produktionsomkostninger og mulige konsekvenser for miljøet. Hvis kunstig fotosyntese kunne gøres tilgængelig og pålidelig, kunne verdens afhængighed af ikke-vedvarende fossile brændstoffer reduceres kraftigt.