Φωτοσύνθεση, που επανακατευθύνεται για να παραγάγει υδρογόνο ως καύσιμο

Από σελίδα του UniSci, 11 Μαρτίου 2002

Το υδρογόνο είναι η μεγάλη ελπίδα για την "πράσινη" πηγή ενέργειας του μέλλοντος. Αν και πανταχού παρών, υπάρχει σπάνια σε μια καθαρή μορφή στη φύση. Οι παρούσες μέθοδοι για να παραγάγουμε το υδρογόνο σαν καύσιμο -- όπως η εξαγωγή του από το φυσικό αέριο -- είναι ενέργειες ανεπαρκείς και προκαλούν μόλυνση του περιβάλλοντος.

Η δυνατότητα του υδρογόνου ως "καθαρό" καύσιμο δεν μπορεί να συνειδητοποιηθεί πλήρως, έως ότου μπορεί να παραχθεί από ανανεώσιμες πηγές.

Σε ένα άρθρο που δημοσιεύεται στην έκδοση του περιοδικού της Φωτοχημείας και Φωτοβιολογίας , οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Tennessee (UT) για την περιβαλλοντική βιοτεχνολογία (CEB) και το εθνικό εργαστήριο του Όουκ Ριτζ (ORNL) καταδεικνύουν ότι η φωτοσύνθεση -- η διαδικασία που τα φυτά χρησιμοποιούν για να κάνουν σύνθετες οργανικές ενώσεις με το φως του ήλιου -- μπορεί να επαναπροσανατολιστεί για να παραγάγει το υδρογόνο.

Η ομάδα των ερευνητών του CEB -- συμπεριλαμβανομένης της προπτυχιακής σπουδάστριας Jennifer Millsaps, του καθηγητή Elias Greenbaum και του καθηγητή Barry Bruce (βιοχημεία και μοριακή βιολογία) -- εξήγαγε άθικτα φωτοσυνθετικά συμπλέγματα (Φωτοσύστημα I) από το σπανάκι και έντυσε την κάθε μια πλευρά του κάθε απομονωμένου συμπλέγματος με άτομα λευκόχρυσου.

Με τη παρουσία ενός προστιθέμενου δότη ηλεκτρονίων, αυτό το "επαπλατινωμένο σύμπλεγμα" ήταν σε θέση να χρησιμοποιήσει το ορατό φως για να παραγάγει το υδρογόνο.

Η φωτοσύνθεση προκύπτει από τη συνεργασία δύο φωτοσυστημάτων αποκαλούμενων φωτοσύστημα Ι (PSI) και φωτοσύστημα ΙΙ (PSII) που συνδέονται μαζί στον χλωροπλάστη των φυτών μέσω ενός ενδιάμεσου συμπλέγματος.

Τα πράσινα φυτά μειώνουν κανονικά το διοξείδιο του άνθρακα στους υδατάνθρακες στο φωτοσύστημα Ι (PSI), με ένα σύνθετο σύνολο ενζυματικών αντιδράσεων, που τροφοδοτούνται από τα ηλεκτρόνια που παράγονται όταν διασπάται το νερό στο φωτοσύστημα PSII.

Τα πειράματα UT/ORNL αποσύνδεσαν τα δύο φωτοσυστήματα PSI από PSII, απομακρύνοντας το PSII και το ενδιάμεσο σύμπλεγμα και επαναπροσανατόλισαν τις χημικές αντιδράσεις του PSI, για να παραχθεί μοριακό υδρογόνο.

Αυτό είναι το πρώτο επαπλατινωμένο φωτοσύστημα PSI που έχει χρησιμοποιηθεί για να παραγάγει το υδρογόνο, και αντιπροσωπεύει το μικρότερο υδρογόνο, σε κλίμακα νανοσκάλας, σύστημα που έχει δημιουργηθεί ποτέ.

Το επόμενο βήμα είναι να εξαχθούν χωριστά τα δύο φωτοσυστήματα PSI και PSII, και να ενωθούν ξανά μαζί, κάτι που θα επιτρέπει στο PSII να παρέχει άμεσα τα ηλεκτρόνια που προέρχονται από τη διάσπαση του νερού στο PSI.

Εάν επιτύχει, αυτό το φωτοσύστημα σε νανοκλίμακα θα μπορούσε να παραγάγει έναν σταθερό ανεφοδιασμό με υδρογόνο και οξυγόνο, ένα καύσιμο που όταν καίγεται παράγει θερμότητα -- αφήνοντας μόνο το νερό ως απόβλητο προϊόν.