פריצת דרך בפוטוסינתזה מלאכותית

המחקר, שפורסם לאחרונה בכתב העת Nature Catalysis , מדגיש מערכת חדשנית המשתמשת בחומרים ננו-מובנים של נחושת ופרובסקיט כדי לחקות את יכולות לכידת האור של הכלורופיל, הפיגמנט הירוק המניע פוטוסינתזה בצמחים. גישה חדשנית זו לא רק מייצגת קפיצת מדרגה משמעותית במחקר האנרגיה, אלא גם מתיישבת עם יעדי קיימות רחבים יותר על ידי ניצול אור שמש, CO₂ ומים בלבד.

המערכת החדשה משלבת חומרים פרובסקיט, הידועים ביעילותם ביישומים פוטו-וולטאיים, עם אלקטרו-קטליזטורים ייחודיים מנחושת מסוג "ננו-פרח". עיצוב זה שואב השראה מאנזימים טבעיים המאפשרים פוטוסינתזה, ובכך משפר את פונקציונליות המכשיר. בניגוד לזרזים מתכתיים מסורתיים, עיצוב הנחושת מאפשר סינתזה של פחמימנים מורכבים יותר עם שני אטומי פחמן, החיוניים לייצור דלקים וכימיקלים שונים. פריצת דרך זו מרחיבה את עולם ייצור האנרגיה הנקייה, וסוללת את הדרך ליצירת חומרים ידידותיים לסביבה ללא פליטות פחמן נוספות.

מחקר זה הוא מרכיב חיוני בברית אור השמש הנוזלי (LiSA) , יוזמה שיתופית שנוסדה על ידי משרד האנרגיה האמריקאי. LiSA שואפת לטפח התקדמות בדלקים סולאריים באמצעות מחקר בין-תחומי, המאחד למעלה מ-100 מדענים ממוסדות שונים, כולל המכון הטכנולוגי של קליפורניה והמעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת. עם דגש על שילוב מודלים תיאורטיים עם נתונים ניסיוניים בזמן אמת, LiSA שואפת להאיץ את התקדמותן של טכנולוגיות דלק סולארי. מאז הקמתה בשנת 2020, LiSA אפשרה שיפורים בביצועי המכשירים ובעמידות החומרים, חיוניים להרחבה של מערכות חדשניות כאלה.

פיידג'ונג יאנג, מדען בכיר במעבדת ברקלי ושותף לכתיבת המחקר, הדגיש כי בעוד שמאמצים קודמים בפוטוסינתזה מלאכותית הסתמכו לעתים קרובות על חומרים ביולוגיים, הכללת נחושת משפרת את עמידותה ויציבותה של המערכת. צוותו של יאנג מתמקד כעת בהגברת יעילותה של טכנולוגיית העלים המלאכותיים ובהגדלת גודלה, דבר שיהיה קריטי להרחבת המערכת ליישומים מעשיים.

מחקר זה לא רק מקרב את המדענים לשחזור הפרודוקטיביות הטבעית של עלים, אלא גם פותח נתיבים חדשים לפיתוח שיטות ייצור כימיות בנות קיימא. הממצאים מייצגים לא רק צעד לקראת ניצול יעיל של פחמן, אלא גם מסמנים עתיד פוטנציאלי שבו ייצור אנרגיה ואחריות סביבתית הולכים יד ביד, ומטפלים בצורכי האנרגיה העולמיים תוך הפחתת השפעות שינויי האקלים.