Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah berjuang dengan masalah fotosintesis buatan yang layak secara ekonomi. Tujuannya adalah untuk secara efektif menggunakan energi bebas sinar matahari untuk reaksi kimia. Sejauh ini, dimungkinkan untuk menggunakan sinar ultraviolet berenergi tinggi untuk tujuan ini, tetapi mereka hanya membuat 4% dari spektrum sinar matahari. Untuk bagian lain dari spektrum, hanya beberapa bahan efektif yang telah ditemukan sejauh ini, tetapi mereka membutuhkan aditif mahal: platinum ($ 31 per gram), renium ($ 1000 per gram) atau iridium ($ 35 per gram).
Profesor kimia Fernando Uribe-Romo dari University of Central Florida dan murid-muridnya telah
mengembangkan bahan sintetis baru yang mengubah CO
2 menjadi bahan bakar di bawah pengaruh foton cahaya. Bahan seperti itu memecahkan dua masalah sekaligus: mengurangi jumlah gas rumah kaca dan menyediakan bahan bakar "ramah lingkungan". Dan yang paling penting, logam mulia tidak diperlukan untuk pembuatannya! Ini menggunakan titanium, yang dijual dalam kilogram - hampir seribu kali lebih murah daripada platinum atau iridium.
Bahan sintetis adalah kerangka logam-organik (kerangka logam-organik, MOF). Omong-omong, MOF serupa dari Zr
6 O
4 (OH)
4 (stearyl fumarate)
6 ] digunakan untuk
mengembunkan air dari udara , juga hanya menggunakan sinar matahari. Bayangkan bahkan di gurun terkering Anda meletakkan botol kosong di jalan - dan itu sendiri diisi dengan air.
Ilustrasi di bawah ini menunjukkan struktur kristal kristal logam-organik MOF MIL-125 untuk fotosintesis buatan.
Dalam hal ini, struktur logam-organik juga menggunakan foton cahaya untuk energi, tetapi mereka menghasilkan zat organik yang tidak berbahaya pada keluaran - seperti halnya tanaman menghasilkan makanan dan bahan bangunan untuk diri mereka sendiri dalam proses fotosintesis alami. Energi matahari dikumpulkan oleh molekul-molekul yang disebut N-alkyl-2-aminoterephthalates. Para penulis karya ilmiah berpendapat bahwa molekul dapat dimodifikasi untuk merespons bagian spektrum tertentu. Dalam hal ini, reaksi terhadap warna biru digunakan. Dalam pengujian, bahan itu diiradiasi dengan LED biru.
Fotoreaktor. Foto: University of Central FloridaKarbon dioksida dipompa menjadi semacam "fotoreaktor" dengan lampu latar LED yang kuat. Sebagai hasil fotosintesis dalam MOF, karbon dioksida dikonversi menjadi format dan formamida. Format adalah garam asam format, dan formamida adalah amida asam format. Ini semacam bahan bakar solar.
Fernando Uribe-Romo akan melanjutkan penelitian: ia ingin mempelajari efektivitas fotosintesis buatan pada panjang gelombang yang berbeda, serta pada konsentrasi karbon dioksida yang lebih tinggi, di mana efektivitas fotosintesis harus meningkat. Profesor itu mengatakan bahwa jika prosesnya bekerja secara efisien, maka bahan ini akan membantu mengurangi tingkat gas rumah kaca di atmosfer dan akan bekerja untuk cara yang bersih untuk menghasilkan bahan bakar. "Pekerjaan ini adalah terobosan," kata penulis. "Membuat bahan untuk menyerap spektrum cahaya tertentu sangat sulit secara ilmiah, tetapi dari sudut pandang sosial, kami membantu mengembangkan teknologi yang dapat mengurangi tingkat gas rumah kaca."
Profesor Fernando Uribe-Romo. Foto: University of Central FloridaMungkin di masa depan mereka akan mulai membangun pembangkit listrik tipe baru - seluruh pabrik yang akan mulai menyedot karbon dioksida dari atmosfer dalam jumlah besar dan menghasilkan bahan bakar. Anda tidak dapat khawatir tentang kekurangan CO
2 - sangat mudah untuk menebusnya, sehingga akan selalu ada bahan yang cukup untuk kehidupan tanaman hijau di Bumi.
Di sebelah kiri adalah isoterm penyerapan CO 2 (273 K), di sebelah kanan adalah diferensial entalpi penyerapanProfesor itu bahkan membayangkan bahwa di masa depan orang akan menutupi atap rumah dengan bahan logam-organik, sehingga menghasilkan energi untuk rumah tangga dan memurnikan udara di halaman.
Karya ilmiah
diterbitkan pada 7 April 2017 di jurnal
Journal of Materials Chemistry A (doi: 10.1039 / C7TA00437K,
pdf ).