MIT teadlased on leidnud uue viisi, kuidas imiteerida taimede poolt kasutatavat vee molekuli lõhustamisprotsessi, et seda tulevikus energiaallikana kasutada.
Vesiniku vee molekulist kätte saamine on üks võimalus, kuidas päikeseenergiat efektiivselt ära kasutada. Kuna Päike alati ei paista, pakuvad vesiniku alusel kütuseelemendid või vedelad kütused võimalust, kuidas ka pilvise ilmaga rohelist energiat tarbida. Teised teadlased on kasutanud vesiniku tootmiseks süsteeme, mis toodavad elektrit, et seda vee elektrolüüsi läbiviimiseks kasutada. Uus protsess jätab aga need vahelülid kõrvale.
Viirusest juhe katseklaasis. Foto: Dominick Reuter
Germeshauseni materjaliteaduse ning bioloogilise inseneriteaduse professori Angela Belcheri poolt juhitud töörühm muutis aga kahjutu bakteriviirust M13 nii, et see meelitaks ligi ning põimuks katalüsaatori ning bioloogilise pigmendi, porfürtsingiga. Viirused muutusid seejärel juhtmesarnasteks seadmeteks, mis suutsid väga efektiivselt vee molekulidest hapnikku eemaldada.
Meetodil on hetkel ka puudusi. Aja jooksul koondusid viirused klompidesse ning kaotasid sellega oma efektiivsust. Seega lisasid teadlased ühe lisasammu, sulgedes viirused mikrogeelist maatriksisse. See võimaldas neil viiruste ühtlast paigutust ning seega ka efektiivsust ning stabiilsust säilitada. Jääb veel üks puudus. Rühm kasutas katalüsaatorina iriidumoksiidi, ent haruldase iriidiumi hind on selle laialdasema kasutuselevõtu tõttu määratud lähiaastatel veelgi tõusma.
Siiski on veest eraldatud vesinik gaas, mida saab väga edukalt kütusena kasutuda. Seni on aga ülimalt stabiilsest vee molekulist hapniku eraldamine olnud tehniliselt üpris keeruline protsess. Taimed nind tsüanobakterid on kõrgelt organiseeritud süsteemid vee oksüdeerimiseks. Seega on teised uurijad seni kasutanud seni taimede fotosünteesiga tegelevaid osi nö. otse, et päikesevalgusest energiat saada, ent nende materjalide struktuur on enamasti ebastabiilne.
Belcheri rühm otsustas laenata aga mitte taimede komponente vaid ainult meetodeid. Taimerakkudes kasutatakse looduslikke pigmente päikesevalguse neeldumiseks, mil katalüsaatoreid kasutatakse veelõhustamiseks. Nendest protsessidest ka professor Belcher ning tema töörühm lähtuda otsustas. Kunstlikus süsteemis käituvad viirused lihtsalt tellingutena, mis aitavad pigmentidel ja katalüsaatoritel õige vahega joonduda, et veelõhustamisreaktsiooni alustada. “Pigmendid käituvad kui antenn, mis valgust püüab, ning seejärel transpordivad kogutud energia terve viiruse pikkuse ulatuses. Just nagu juhe,” selgitab Belcher.
“Me kasutame komponente, mida inimesed varemgi kasutanud on, ent me kasutame bioloogiat, et neid meie eest organiseerida ning seega paremat efektiivsust saada,” lisas ta. Kasutades süsteemi loomiseks viirusi, kasvab hapnikutootmine süsteemis neljakordselt.
Töörühm peab oma meetodit siiski veel täiustama, kuna praegu lahutatakse saadavas vesiniku aatomite komponendid eraldiseisvateks prootoniteks ja elektronideks. Süsteemi täiendus kombineeriks need tagasi korralikeks vesiniku aatomiteks. Samuti on vaja leida katalüsaatori materjaliks tavapärasem element, kui seda on haruldane iriidium.
Thomas Mallouki, Pennsylvania Ülikooli DuPonti materjaliteaduse, keemia ning füüsika professori arvates on tegu äärmiselt nutika viisiga, kuidas kunstlikku fotosünteesi saavutada. Siiski jääb ta äraootavale seisukohale, öeldes, et uus lähenemine maksumuselt teiste päikeseenergia alternatiividega konkureerida saaks, peab süsteem olema vähemalt 10 korda efektiivsem kui looduslik fotosüntees ning protsessi peaks saama miljardeid kordi korrata.
Allikas:
Leave a Reply