Sztuczna fotosynteza - Polski Serwis Naukowy

Sztuczna fotosynteza – pojęcie, które ogólnie obejmuje "skopiowanie" naturalnego procesu fotosyntezy, a także związane z tym badania, w celu otrzymania wysokoenergetycznych związków chemicznych z dwutlenku węgla i wody przy udziale energii słonecznej, czasami także pod pojęciem tym rozumiany jest rozkład wody na wodór i tlen za pomocą energii słonecznej. Termin dotyczy także starań naukowców, aby otrzymać z dwutlenku węgla i wody w reakcji sztucznej fotosyntezy płynne paliwo. Dla zapoczątkowania reakcji sztucznej fotosyntezy konieczne jest dostarczenie energii z zewnątrz, np. odnawialnej energii słonecznej lub energii wiatru.

Waldemar Pawlak (ur. 5 września 1959 w Modelu) – polski polityk, dwukrotny prezes Rady Ministrów: w 1992 (nie stworzył rządu) oraz w latach 1993–1995, polityk PSL (prezes od 1991 do 1997 oraz od 2005), poseł na Sejm nieprzerwanie od 1989 (X, I, II, III, IV, V i VI kadencji), prezes Zarządu Głównego Związku Ochotniczych Straży Pożarnych. Od 16 listopada 2007 minister gospodarki i wiceprezes Rady Ministrów. Kandydat w wyborach prezydenckich w 1995 i 2010.
Patent – potocznie: dokument wydawany przez urzędy patentowe; właściwie: prawo wydane osobie fizycznej lub prawnej do zabronienia innym osobom fizycznym lub prawnym zarobkowego bądź zawodowego użytkowania danego wynalazku bądź wynalazków (będących przedmiotem patentu).

Fotosynteza w liściu miłorzębu; z CO2 pochłanianego przez liść z atmosfery i H2O pobieranej z ziemi korzeniami, dzięki energii promieniowania słonecznego i przy udziale chlorofilu powstaje w roślinie C6H12O6 i O2, który zostaje wydzielony do środowiska naturalnego

Sztuczna fotosynteza jest wzorowana na zjawisku fotosyntezy zachodzącej w komórkach roślin, gdzie z wody i CO2 za sprawą energii światła słonecznego powstają użyteczne biologicznie węglowodany (na przykład glukoza), służące jako źródło energii lub materiał do syntezy innych związków organicznych (białek i tłuszczy), a jako produkt uboczny zostaje wydzielony do atmosfery O2. Kluczową rolę w fotosyntezie odgrywają fotoukłady – połączenie białek i absorbujących światło barwników, dzięki którym możliwa jest zamiana światła słonecznego w energię. Fotosynteza umożliwiła życie na Ziemi zwierzętom, które oddychają tlenem i odżywiają się pożywieniem opartym na organicznych związkach węgla.

Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy – organiczny związek chemiczny, nukleotyd pełniący istotną rolę w procesach oddychania komórkowego. Różne pochodne tego związku są akceptorami elektronów i protonów w procesach utleniania komórkowego. Pełnią też rolę koenzymów oksydoreduktaz.
Chlorofil – grupa organicznych związków chemicznych obecnych między innymi w roślinach, algach i bakteriach fotosyntetyzujących (np.: sinice). Funkcją chlorofili w organizmach przeprowadzających fotosyntezę jest wychwytywanie kwantów światła i przekazywanie energii wzbudzenia do centrum reakcji fotoukładu skąd wybijane są elektrony, spożytkowane następnie w dalszych etapach fotosyntezy. Znaczna zawartość chlorofili w organizmach fotosyntetyzujących jest odpowiedzialna za ich zieloną barwę. Zielony kolor chlorofilu spowodowany jest wysoką absorpcją w czerwonej i niebieskiej części spektrum światła, a niską absorpcją w zielonej części spektrum światła (długość fali 500-600 nm). Wyróżnia się wiele rodzajów chlorofili. Najbardziej rozpowszechnione w przyrodzie to chlorofil a i chlorofil b występujące u wszystkich roślin przeprowadzających fotosyntezę. Chlorofile c i d występują jedynie u części glonów. U prokariontów zdolnych do przeprowadzania fotosyntezy mogą występować chlorofil a u sinic oraz wiele rodzajów bakteriochlorofili oznaczanych literami od a do g.

Wizję odtworzenia fotosyntezy, czyli największej tajemnicy roślin, zastąpienia kominów szeregami czystych probówek i roślin jako niewyczerpalnego źródła trwałej energii przedstawił w 1912 roku na łamach czasopisma naukowego "Science" włoski chemik Giacomo Ciamician. Od lat 70. XX wieku zaczęło wzrastać zainteresowanie sztuczną fotosyntezą. W dzisiejszych czasach naukowcy uważają, że odtworzenie fotosyntezy w warunkach laboratoryjnych i wypracowanie ekonomicznych metod na skalę przemysłową rozwiązałoby kryzys energetyczny i zaspokoiło zapotrzebowanie na energię.

Utlenianie fotosensybilizowane, fotooksydacja – proces przeniesienia elektronu (typ I) lub energii (typ II) z cząsteczki barwnika absorbującego (fotosensybilizator) promieniowanie widzialne, ultrafioletowe lub bliską podczerwień, na inną cząsteczkę chemiczną. W typie I dochodzi do utlenienia donora wzbudzony stan trypletowy elektronu przez fotosensybilizatora lub utlenienia samego fotosensybilizatora. Bezpośrednio po absorpcji fotonu fotosensybilizator przechodzi do stanu wzbudzonego singletowego, jeśli jednak nie odda energii i nie powróci do stanu podstawowego może przejść w bardziej trwały stan trypletowy. Co wiąże się z dużym prawdopodobieństwem udziału w reakcji utleniania fotosensybilizowanego.
Elektroliza — w chemii i fizyce - ogólna nazwa na wszelkie zmiany struktury chemicznej substancji, zachodzące pod wpływem przyłożonego do niej zewnętrznego Elektrolizie towarzyszyć może (choć nie musi) szereg dodatkowych zjawisk, takich jak dysocjacja elektrolityczna, transport jonów do elektrod, wtórne przemiany jonów na elektrodach i inne. W sensie technologicznym przez elektrolizę rozumie się wszystkie te procesy łącznie.

Opracowanie konceptu sztucznej fotosyntezy dawałoby bowiem możliwość produkowania elektryczności, wodoru lub innego paliwa (metan, etanol), które mogłoby być wykorzystywane jako napęd do samochodów, a ponadto pozwalałoby na utylizowanie nadmiaru CO2 z atmosfery, do którego doszło wskutek spalania paliw kopalnych jako źródła energii. Naukowcy mają też nadzieję, że sztuczna fotosynteza okaże się bardziej ekonomiczna i zastąpi inną, alternatywną metodę produkcji wodoru opartą na elektrolizie wody przy użyciu energii z baterii słonecznych.

Błona komórkowa, plazmolema, plazmolemma (cytolemma, plasmolemma) – półprzepuszczalna błona biologiczna oddzielająca wnętrze komórki od świata zewnętrznego. Jest ona złożona z dwóch warstw fosfolipidów oraz białek, z których niektóre są luźno związane z powierzchnią błony (białka peryferyjne), a inne przebijają błonę lub są w niej mocno osadzone białkowym lub niebiałkowym motywem (białka błonowe).
Bionika (od gr. bios - życie i mimesis - naśladować; inne nazwy: biomimetyka, biomimikra, inżynieria bioniczna) - to interdyscyplinarna nauka badająca budowę i zasady działania organizmów żywych oraz ich adaptowanie w technice (zwłaszcza w automatyce) i budowie urządzeń technicznych na wzór organizmów żywych. Stara się poznawać i wykorzystać procesy sterujące działaniem organizmów żywych w różnych działach techniki, głównie w automatyce, elektronice i mechanice. Patenty przygotowane przez naukowców wykorzystują rozwiązania występujące w naturze. Opracowania nowych rozwiązań dzięki biomimetyce pozwoli na zmniejszenie przypadkowości w badaniach naukowych oraz umożliwi łatwiejsze generowanie nowych rozwiązań.

Układy do sztucznej fotosyntezy chociaż będą naśladować fotosyntezę, to jednak nie będą wyglądem przypominać roślin. Światło słoneczne będzie najprawdopodobniej absorbowane przez metale tj. ruten i żelazo, zaś centrum reakcji będzie opierało się na manganie.

Benzyna – jeden z głównych rodzajów paliwa stosowanego do napędu samochodów, samolotów i niektórych innych urządzeń posiadających silnik spalinowy. Stosowana także jako rozpuszczalnik.
Stany Zjednoczone, Stany Zjednoczone Ameryki (ang.: United States, United States of America, US, USA) – państwo w Ameryce Północnej graniczące z Kanadą od północy, Meksykiem od południa, Oceanem Spokojnym od zachodu, Oceanem Arktycznym od północnego zachodu, Oceanem Atlantyckim od wschodu.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)