Vad är konstgjord fotosyntes?
Växter får sin energi på ett sätt som är mycket annorlunda än hur människor får energi. När en människa behöver energi, äter han mat. När en växt behöver energi använder den fotosyntesprocessen för att ta in koldioxid från miljön och använda solljus för att omvandla den till socker, som är den typ av energi som den behöver för att leva. Forskare har arbetat för att replikera processen för fotosyntes, försökt utnyttja solens energi på ett nytt, effektivt och ekologiskt vänligt sätt, och den konstgjorda fotosyntesforskningen har gett intressanta resultat.
Förmågan att producera konstgjord fotosyntes tillkännagavs först år 2000, även om forskningen hade varit i planeringsstadierna innan dess. Forskare förlitade sig på Honda-Fujishima-effekten, som upptäcktes 1953 och använder titandioxid som en fotokatalysator. En fotokatalysator påskyndar processer som rör ljus och i detta fall energi.
På grund av vetenskapligt och affärsintresse för konstgjord fotosyntes och önskan om potentiella nya produkter som skulle kunna härledas, delades forskningsområdet in i två sidor. Detta gav två olika resultat: fotoelektrokemiska celler och färgkänsliga solceller. Varje cell arbetar på olika principer men försöker få samma resultat: konstgjord fotosyntetisk energi som kan utnyttjas och lagras för senare användning, vilket skulle minska världens beroende av icke-förnybara energikällor.
Fotoelektrokemiska celler, även kallade PEC: er, använder den elektriska strömmen i vatten för att skapa väte och syre i en process som kallas elektrolys. Elektricitet kan sedan lagras i väte, som är en "energibärare", och energin kan användas senare, till exempel i batterier. Det finns två typer av PEC, en som använder halvledarytor för att absorbera solenergin och hjälpa till att dela vattenmolekyler för energianvändning. Den andra sorten använder upplösta metaller för att dra in solenergi och starta processen med konstgjord fotosyntes. De vanligaste metallkatalysatorerna för denna typ av reaktion är kobolt och rodium. Forskare från Massachusetts Institute of Technology (MIT) har funnit att dessa metaller är de mest effektiva för denna typ av arbete.
Den andra typen av cell som undersöks, den färgämnesensibiliserade solcellen, kallas ibland en Gratzel-cell eller Graetzel-cell. Liksom PEC: er använder färgämnesensibiliserade konstgjorda fotosyntesceller en halvledare för att samla energi, vanligtvis kisel. I färgkänsliga celler används halvledaren för att transportera den uppsamlade energin, och fotoelektronerna, eller energipartiklarna, separeras och utnyttjas med hjälp av speciella färgämnen. Gratzelceller anses vara den mest effektiva formen för konstgjord fotosyntes som för närvarande finns, liksom den mest kostnadseffektiva att tillverka. Nackdelarna beror främst på temperaturproblem relaterade till vätskefärgämnen, eftersom dessa kan frysa vid lägre temperaturer och upphöra med energiproduktionen och expandera vid högre temperaturer och brytning.
Forskning bedrivs fortfarande inom området konstgjord fotosyntes, särskilt för att hitta bättre katalysatorer och energitransportmekanismer. Även om de inte är den mest effektiva formen av energiproduktion som finns, finns det fortfarande stort intresse för dem på grund av deras höga potentiella avkastning, låga tillverkningskostnader och möjliga konsekvenser för miljön. Om konstgjord fotosyntes skulle kunna göras tillgänglig och pålitlig skulle världens beroende av icke-förnybara fossila bränslen kunna minskas kraftigt.