Yapay fotosentez nedir?
Bitkiler enerjilerini insanların enerji elde etmelerinden çok farklı bir şekilde alırlar. Bir insan enerjiye ihtiyaç duyduğunda, yemek yer. Bir bitki enerjiye ihtiyaç duyduğunda, çevreden karbondioksit almak için fotosentez işlemini kullanır ve yaşamı sürdürmesi gereken enerji türü olan şekere dönüştürmek için güneş ışığını kullanır. Bilim adamları fotosentez sürecini çoğaltmak, güneş enerjisini yeni, etkili ve ekolojik olarak dostane bir yolla kullanmaya çalışmak için çalışıyorlar ve yapay fotosentez araştırması ilginç sonuçlar verdi.
Yapay fotosentez üretme kabiliyeti, daha önce planlama aşamasında olmasına rağmen, ilk olarak 2000 yılında açıklandı. Araştırmacılar, 1953'te keşfedilen ve fotokatalist olarak titanyum dioksit kullanan Honda-Fujishima etkisine güvendiler. Bir fotokatalist, ışık ve bu durumda enerji ile ilgili işlemleri hızlandırır.
Yapay fotosenteze bilimsel ve ticari ilgiden ve bundan kaynaklanabilecek potansiyel yeni ürünlere duyulan istek nedeniyle araştırma alanı iki tarafa ayrılmıştır. Bu iki farklı sonuç ortaya çıkardı: fotoelektrokimyasal hücreler ve boyaya duyarlı güneş hücreleri. Her hücre farklı prensiplerde çalışır, ancak aynı sonucu elde etmeye çalışır: dünyanın yenilenemeyen enerji kaynaklarına bağımlılığını azaltacak, daha sonra kullanılmak üzere kullanılabilecek ve saklanabilecek yapay fotosentetik enerji.
PEC olarak da adlandırılan fotoelektrokimyasal hücreler elektroliz adı verilen bir işlemde hidrojen ve oksijen oluşturmak için suyun elektrik akımını kullanır. Elektrik daha sonra bir “enerji taşıyıcısı” olan hidrojende depolanabilir ve enerji, daha sonra bataryalarda olduğu gibi kullanılabilir. Güneş enerjisini emmek için yarı iletken yüzeyler kullanan ve enerji kullanımı için su moleküllerini ayırmaya yardımcı olan iki tür PEC vardır. Diğer çeşit, güneş enerjisinde çekim yapmak ve yapay fotosentez işlemine başlamak için çözünmüş metaller kullanır. Bu tip reaksiyon için en yaygın metal katalizörler kobalt ve rodyumdur. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden (MIT) araştırmacılar bu metalleri bu tür işler için en etkili bulmuşlardır.
Araştırılan diğer hücre tipi, boyaya duyarlı güneş pili, bazen Gratzel hücresi veya Graetzel hücresi olarak adlandırılır. PEC'ler gibi, boyaya duyarlı yapay fotosentez hücreleri enerji, genellikle silikon olmak üzere bir yarı iletken kullanırlar. Boyaya duyarlılaştırılmış hücrelerde, yarı iletken toplanan enerjiyi taşımak için kullanılır ve fotoelektronlar veya enerji parçacıkları özel boyalar kullanılarak ayrılır ve kullanılır. Gratzel hücrelerinin, günümüzde mevcut olan en etkili yapay fotosentez formunun yanı sıra üretimi en uygun maliyetli olduğu düşünülmektedir. Dezavantajları, esas olarak sıvı boyalarla ilgili sıcaklık endişeleri nedeniyledir, çünkü bunlar düşük sıcaklıklarda donabilir ve enerji üretimini durdurabilir ve daha yüksek sıcaklıklarda ve kırılmalarda genişleyebilir.
Yapay fotosentez alanında, özellikle daha iyi katalizörler ve enerji nakil mekanizmaları bulmak için araştırmalar halen devam etmektedir. Mevcut en etkili enerji üretim şekli olmasalar da, yüksek potansiyel verimleri, düşük üretim maliyetleri ve çevre için olası etkileri nedeniyle hala büyük ilgi görüyorlar. Yapay fotosentez erişilebilir ve güvenilir hale getirilebilirse, dünyanın yenilenemeyen fosil yakıtlara bağımlılığı büyük ölçüde azaltılabilir.