Mga bagong gasolina mula sa artipisyal na photosynthesis sa mga bula ng sabon

Maaari kang lumikha bagong zero-emission fuels gamit ang parehong mga prosesong ipinatupad ng kalikasan? Oo, ayon sa mga mananaliksik ng Uppsala University na nangunguna sa proyektong pananaliksik SoFiA (Soap Film Artipisyal na photosynthesis), kung saan ang Leiden University, ang Unibersidad ng Amsterdam, ang Polytechnic University of Turin at ilang mga internasyonal na instituto ng pananaliksik ay lumahok din.

Ang layunin ng proyekto, na noong 2019 ay nakatanggap ng pagpopondo ng 3,2 milyong euro mula sa European Commission, ay upang gawing gasolina ang CO2 at mga hilaw na materyales para sa industriya sa pamamagitan ng paggaya sa thylakoid membrane ng mga dahon, kung saan nagaganap ang light phase ng photosynthesis.

Ngayon ang mga layunin ng proyekto ng SoFiA ay tila mas malapit: ang pinakabagong mahalagang kontribusyon ay nagmumula sa mga mananaliksik ng Turin Polytechnic, na sa isang bagong-publish na pag-aaral ay nagpakita sa unang pagkakataon ng posibilidad ng paggamit ng i pelikulang may sabon bilang mga reaktibong lamad, na nagbibigay daan para sa paggawa ng mga solar fuel mula sa CO2.

Isang hakbang na mas malapit sa mga solar fuel na nabuo... mula sa himpapawid
Ang carbon dioxide ay isang mapagkukunan at ang kapaligiran ay ang… "mina"

Paano mag-engineer ng isang bubble ng sabon: ang pag-aaral ng Italyano

Ang bagong pag-aaral ng Turin Polytechnic, kaka-publish lang noong “Mga Liham ng Pagsusuri sa Pisikal” ng isang pangkat ng mga mananaliksik na pinag-ugnay ng propesor Eliodoro Chiavazzo, nagpapakita kung paano lumikha dissymmetries sa soap films, o kung paano mag-engineer "ang manipis na mga dingding ng napakakaraniwang mga bula ng sabon”.

Ang mga pelikulang sabon ay may tipikal na simetriko, tulad ng sanwits na conformation, kung saan dalawang manipis mga surfactant na pelikula naglalaman ang mga ito ng isang tiyak na dami ng tubig: ang mga mananaliksik ay nakabuo ng isang proseso na nagbibigay-daan sa simetrya na ito na "masira" sa pamamagitan ng pagsasamantala sa asymmetric na deposition ng mga ahente ng kemikal sa pamamagitan ng isang aerosol sa mga ibabaw ng pelikula.

Ang resultang ito ay isinasalin sa posibilidad ng paggamit ng mga pelikulang sabon bilang reaktibo na lamad (self-healing at murang halaga) para sa iba't ibang paggamit ng enerhiya, kabilang ang i mga proseso ng photo-catalytic para sa produksyon ng mga solar fuel tulad ng carbon monoxide mula sa CO2. doon natural na photosynthesis, sa katunayan, ay tiyak na nakabatay sa kawalaan ng simetrya.

"Ipinagmamalaki namin na ang kontribusyon ng Polytechnic ay naging mapagpasyahan sa pagtukoy ng tamang doping technique at sa pagbabalangkas ng teoretikal na pag-unawa sa mga prosesong pinagbabatayan ng teknolohiyang ito.”, paliwanag ng propesor Eliodoro Chiavazzo.

"Naipakita ito sa mga pelikulang may sabon", patuloy ng propesor, "ito ay may malaking halaga hindi lamang pang-agham kundi pati na rin sa teknolohikal, dahil nagbibigay ito sa amin ng isang mababang-gastos at madaling itayo na plataporma kung saan posible na kontrolin ang antas ng simetrya sa isang atomistic na sukat".

Ang mga sorpresa ng kimika: kaya ang basurang plastik ay nagiging sabon
Chemistry sa hinaharap: ang mga bagong hamon ng industriya para sa pagpapanatili

SoFiA, posible ang artificial photosynthesis sa isang soap film

Ang bagong pag-aaral ng Polytechnic of Turin ay ang pinakabagong mahalagang kontribusyon sa isang malaking proyekto sa pananaliksik na sinimulan noong 2019 at ginawang posible sa pamamagitan ng pakikipagtulungan ng maraming unibersidad at mga sentro ng pananaliksik sa isang internasyonal na antas: "Kasama ang isang internasyonal na grupo ng mga kasamahan, taon-taon na kaming nagtatrabaho sa paggamit ng mga istruktura ng pelikula bilang mga reaktibong lamad."Sabi Luca Bergamasco, kabilang sa mga may-akda ng pag-aaral.

Ang pananaliksik ay bahagi ng multidisciplinary European Project program SoFiA (Soap film na artificial photosynthesis), na kinabibilangan ng iba paPamantasan ng Uppsala, L 'Unibersidad ng Leiden at angUnibersidad ng Amsterdam.

Sa batayan ng proyekto, ang ambisyosong layunin ng gayahin ang thylakoid membrane ng mga dahon, ang isa kung saan nagaganap ang mga proseso ng light phase ng photosynthesis, upang lumikha ng isang artipisyal na "chlorophyll synthesis" kung saan makakakuha ng solar fuels.

"Kinukuha ng photosynthesis ang sikat ng araw at ginagamit ang enerhiya nito upang himukin ang mga reaksiyong kemikal na nag-iipon ng mga sangkap na mayaman sa enerhiya tulad ng carbohydrates", Ipinapaliwanag niya Leif Hammarström, propesor ng chemical physics sa Ångström Laboratory sa Uppsala University, pati na rin ang project coordinator.

Plastic at chemistry: lahat ng mga balangkas ng isang… "mapanganib" na relasyon
Ang isang patak ng langis ay sapat na upang baguhin ang marine ecosystem

Artipisyal na photosynthesis bilang isang tunay na alternatibo sa fossil

Karamihan sa mga panggatong tulad ng ethanol at hydrogen ay ginawa na ngayon mula sa pinagmumulan ng fossil, pagsasamantala ng langis bilang isang hilaw na materyal. Ayon sa mga siyentipiko, gayunpaman, ang artipisyal na photosynthesis kumakatawan sa isang wasto, napapanatiling at mahusay na alternatibo sa prosesong ito. Bilang kapalit ng mga derivatives ng petrolyo, ginagamit ang mga ito araw, tubig, CO2 at isang manipis na pelikula ng sabon.

Paggamit ng isang pamamaraan na katulad ng sa solar cells, ang artipisyal na photosynthesis na pinag-aralan ni Propesor Hammarström ay may kakayahang gumawa ng gasolina sa gaseous o likidong anyo, na ginagaya kung ano ang nangyayari sa mga halaman, ibig sabihin, ang pagbabago ng enerhiya ng araw sa enerhiyang kemikal.

Ang ideya ng mga siyentipiko ay gayahin ang thylakoid membrane gamit ang mga pelikulang sabon na naglalaman ng mga klase ng mga surfactant ng katalista mga molekula na nakuha mula sa napakaraming materyales sa Earth.

"Karamihan sa aming pananaliksik ay umiikot sa pangunahing gawain sa agham kung saan hinahangad naming maunawaan ang mga unang prinsipyo at bumuo ng mga bagong catalyst at mekanismo," paliwanag ni Hammarström sa isang panayam noong 2022, "ito ay tungkol mapabilis ang reaksiyong kemikal upang ang mga proseso ay maging mas matipid sa enerhiya".

Genetic engineering para sa napapanatiling agrikultura at pagkain
Narito ang unang vanilla ice cream na ginawa mula sa... plastic na basura

Photosynthesis para sa sustainable fuels: lampas… sabon

Sa Departamento ng Chemistry ng Ångström Laboratory hindi lang ang grupo ni Leif Hammarström ang abala sa mga bula ng sabon at surfactant. Sa pangkat ng pananaliksik na pinag-ugnay ni Pia Lindberg, halimbawa, sinusubukan naming kumuha ng mga non-fossil fuel sa pamamagitan ng pagsasamantala sa natural na photosynthesis na isinasagawa ng genetically modified cyanobacteria.

Karaniwan, ang cyanobacteria ay gumagamit ng photosynthesis upang lumago, ngunitgenetic engineering maaaring "kumbinsihin" sila na gumawa ng isang bagay na ganap na naiiba, tulad ng gumawa ng butanol.

"Ang ideya ay upang makabuo ng mga nababagong kemikal at gatong mula sa carbon dioxide sa atmospera gamit ang mga mikroorganismo", paliwanag ni Lindberg, "upang direktang gumamit ng photosynthesis sa genetically modified microorganisms kung saan makokontrol natin kung ano ang ginagawa at ginagawa ng microorganism".

Ang malaking bentahe ng pamamaraang ito, paliwanag ni Propesor Lindberg, ay na "gumagamit ng carbon dioxide mula sa atmospera, na nangangahulugan na hindi nito kailangan ng asukal, ngunit ganap na ginagamit ang sariling proseso ng katawan".

Ang pinakabagong mga resulta ng linya ng pananaliksik na ito ay nagsimula noong Mayo 2023, nang ang pangkat ng Lindberg ay nag-publish ng isang pag-aaral na nagpapakita na ang binagong cyanobacteria ay maaaring makagawa isoprene (a napapanatiling sintetikong gasolina perpekto para sa abyasyon), gamit ang solar energy at carbon dioxide na nasa hangin.

Ang ambisyosong proyekto upang makabuo ng mga panggatong na may zero CO2 emissions, na nagsasangkot ng mga grupo ng mga mananaliksik mula sa buong mundo, ay mas malapit sa pagiging isang katotohanan.

Carbon Capture and Storage: paano natin dapat gamitin ang CO2?
Pagkuha at pag-iimbak ng CO2: 5 diskarte sa pagpunta sa net zero