Hva er kunstig fotosyntese?

Planter får energien sin på en måte som er veldig forskjellig fra måten folk skaffer energi. Når et menneske trenger energi, spiser han mat. Når en plante trenger energi, bruker den prosessen med fotosyntesen for å ta inn karbondioksid fra miljøet og bruke sollys for å omdanne det til sukker, som er den energitypen den trenger for å fortsette å leve. Forskere har jobbet for å gjenskape prosessen med fotosyntesen, og prøvd å utnytte solens energi på en ny, effektiv og økologisk vennlig måte, og den kunstige fotosynteseforskningen har gitt interessante resultater.

Evnen til å produsere kunstig fotosyntese ble først kunngjort i 2000, selv om forskning hadde vært i planleggingsstadiene før den gang. Forskere stolte på Honda-Fujishima-effekten, som ble oppdaget i 1953 og bruker titandioksid som fotokatalysator. En fotokatalysator akselererer prosesser relatert til lys og i dette tilfellet energi.

På grunn av vitenskapelig og forretningsinteresse for kunstig fotosyntese og ønsket om potensielle nye produkter som kan stamme fra den, delte forskningsfeltet seg i to sider. Dette ga to forskjellige resultater: fotoelektrokjemiske celler og fargestoffsensibiliserte solceller. Hver celle har forskjellige prinsipper, men prøver å oppnå samme resultat: kunstig fotosyntetisk energi som kan utnyttes og lagres for senere bruk, noe som vil redusere verdens avhengighet av ikke-utvinnbare energikilder.

Fotoelektrokjemiske celler, også referert til som PEC, bruker den elektriske strømmen til vann for å lage hydrogen og oksygen i en prosess som kalles elektrolyse. Elektrisitet kan deretter lagres i hydrogenet, som er en "energibærer", og energien kan brukes senere, for eksempel i batterier. Det er to typer PEC-er, en som bruker halvlederoverflater for å absorbere solenergien og bidra til å dele vannmolekyler til energibruk. Den andre sorten bruker oppløste metaller for å trekke inn solenergi og starte prosessen med kunstig fotosyntese. De vanligste metallkatalysatorene for denne typen reaksjoner er kobolt og rodium. Forskere fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) har funnet at disse metallene er de mest effektive for denne typen arbeid.

Den andre typen celle som blir undersøkt, den fargestoffsensibiliserte solcellen, kalles noen ganger en Gratzel-celle eller Graetzel-celle. I likhet med PEC-er, bruker fargestoffsensibiliserte kunstige fotosynteseceller en halvleder for å samle energi, vanligvis silisium. I fargestoffsensibiliserte celler brukes halvlederen til å transportere den innsamlede energien, og fotoelektronene, eller energipartikler, blir separert og utnyttet ved bruk av spesielle fargestoffer. Gratzel-celler anses for å være den mest effektive formen for kunstig fotosyntese som for tiden er tilgjengelig, samt den mest kostnadseffektive å produsere. Ulempene skyldes hovedsakelig temperaturproblemer relatert til flytende fargestoffer, fordi disse kan fryse ved lavere temperaturer og slutte med energiproduksjon, og ekspandere ved høyere temperaturer og brudd.

Det forskes fremdeles innen kunstig fotosyntese, spesielt for å finne bedre katalysatorer og energitransportmekanismer. Selv om de ikke er den mest effektive formen for energiproduksjon tilgjengelig, er det fortsatt stor interesse for dem på grunn av deres høye potensielle utbytte, lave produksjonskostnader og mulige konsekvenser for miljøet. Hvis kunstig fotosyntesen kunne gjøres tilgjengelig og pålitelig, kunne verdens avhengighet av ikke-fornybare fossile brensler reduseres kraftig.