Capacitatea plantelor verzi de a sintetiza substanţe organice din apă, dioxid de carbon şi energia luminoasă primită de la soare este vitală şi totodată fascinantă. Cercetători din întreaga lume încearcă să imite acest proces natural pentru a da o mână de ajutor vegetaţiei ce în ultima vreme nu mai face faţă activităţii noastre. O echipă de la Departamentul de Energetică al Laboratorului National Lawrence Berkeley din Statele Unite face încă un pas important spre realizarea primei frunze artificiale, dispozitiv ce ne va ajuta să producem combustibili lichizi precum plantele: aproape perfect ecologic.

De câteva milioane de ani plantele verzi produc substanţe organice nutritive prin intermediul fotosintezei. În frunze are loc o reacţie chimică de fotooxidare: apa absorbită din sol prin rădăcini ajunge în frunze unde, cu ajutorul luminii primite de la soare, este descompusă în molecule de oxigen, electroni şi ioni de hidrogen. Reacţia are nevoie însă şi de un catalizator pentru ca disocierea moleculei de apă să se producă rapid. Plantele dispun de un complex de proteine pe bază de magneziu ce îndeplinesc acest rol. Moleculele de oxigen sunt eliminate prin porii frunzelor, iar electronii şi ionii de hidrogen sunt folosiţi în a doua etapă a fotosintezei, reacţionând cu dioxidul de carbon absorbit prin frunze. Are astfel loc un proces de reducere a dioxidului de carbon din care rezultă substanţele organice.

Combustibilii lichizi nu sunt altceva decat substanţe organice, principalii atomi conţinuţi de acestea fiind cei de carbon, hidrogen şi oxigen în diverse configuraţii. Prin oxidarea unei substanţe organice, proces având denumirea populară de ardere, substanţele organice se transformă în dioxid de carbon, apă şi alţi produşi de reacţie, ce depind de componenţa iniţială (de exemplu dioxid de sulf sau azot) .

Cercetătorii şi-au propus să creeze un sistem artificial care, folosind principiul fotosintezei, să producă combustibili. Pentru a imita structura unei frunze se folosesc membrane prin care trec nanotuburi. În aceste nanotuburi ar trebui să aibă loc procesul de fotooxidare.

Oamenii de ştiintă au avut până acum mari dificultăţi în a găsi un catalizator potrivit: el trebuie să facă faţă la fluxul de lumină primit, astfel încât un număr minim de fotoni să fie irosiţi, să fie rezistent şi frecvent în natură. Prima încercare a cercetătorilor a fost să folosească o substanţă asemanătoare cu cea întrebuinţată de plante, dar complexele organo-metalice bazate pe mangan nu s-au dovedit a fi eficiente.

Oamenii de ştiinţă de la Institutul Berkley, Feng Jioa şi Heinz Frei, au avut ideea de a căuta un catalizator potrivit în rândul substanţelor anorganice. Iniţial cei doi au descoperit că oxidul de iridiu se comportă excelent ca şi catalizator pentru procesul de fotoliză, dar din păcate, iridiul este printre cele mai puţin abundente metale de pe Terra, fapt ce ar împiedica folosirea fotosintezei artificiale la scară largă.

 Articol integral in STIINTA AZI.