La fotosintesi naturale non è sempre molto efficace. Quando gli scienziati lo imitano, cercano di rendere i processi molto più efficienti. Credito:Colourbox
Con l'energia del sole, uno speciale enzima può convertire la CO 2 molecole in acido formico. Questo può rimuovere sia la CO 2 e fornirci qualcosa di più utile.
La fotosintesi delle piante è una delle tante meraviglie della natura. Usando l'energia della luce solare, anidride carbonica (CO 2 ) e l'acqua vengono convertiti in zucchero e altri carboidrati, così come l'ossigeno.
Questo viene fatto attraverso una serie di processi chimici. Imitando parti o tutta la fotosintesi, possiamo essere in grado di emettere meno CO 2 o catturare parte di ciò che fluttua nell'aria?
Tutto il mondo, gli scienziati sono ispirati dalla fotosintesi. Uno di loro è il chimico Kaiqi Xu dell'Università di Oslo.
"Vogliamo usare la fotosintesi artificiale perché la fotosintesi naturale non è sempre molto efficace, " dice Xu.
Non lo dice per minare il laboratorio chimico della natura, ma non c'è dubbio che ci siano margini di miglioramento. Per esempio, le piante utilizzano solo l'1-2% della luce solare. Una cella solare al silicio utilizza tra il 15 e il 24 percento.
"La fotosintesi naturale può produrre zuccheri dalla CO2 e dall'acqua. Vogliamo produrre qualcosa di più utile, " Xu dice a Titan.uio.no.
Il suo dottorato è un piccolo passo verso quella che può essere un'opportunità per controllare i livelli di CO2.
Enzima da virus o batteri
Xu ha studiato un enzima in grado di convertire la CO 2 in acido formico, una sostanza utilizzata in diverse forme di industria.
Gli enzimi sono un tipo di proteine che fungono da catalizzatori nei processi biologici, sia nel tuo corpo, nelle piante e ovunque. Questi si sono specializzati nel guidare reazioni molto specifiche.
Ci sono innumerevoli enzimi diversi. Xu chiama il suo enzima formiato deidrogenasi tollerante all'ossigeno, e appartiene a un gruppo chiamato enzimi FDH.
"L'enzima che usiamo è prodotto da batteri o virus, ma penso anche che alcuni scienziati usino gli enzimi FDH direttamente dalle piante, " dice Xu.
Nelle giuste circostanze, L'enzima FDH di Xu può catturare la CO 2 molecola e la converte in acido formico. Ma per questo ha bisogno di energia.
La stessa cosa accade in una cella solare
Ottiene l'energia da un nanotubo di nitruro di tantalio, Ta 3 n 5 , dove ogni molecola è composta da tre atomi dell'elemento tantalio e cinque atomi di azoto.
"Il nitruro di tantalio è un semiconduttore con proprietà uniche. Può assorbire la luce solare e convertirla in energia che può essere utilizzata direttamente da noi, "Spiega Xu.
Quando la luce del sole colpisce il nitruro di tantalio, viene emessa una quantità di energia esattamente appropriata. È la stessa cosa che accade in una cella solare. Un elettrone salta fuori, ma dove vuole una cella solare getta l'elettrone in un circuito, Xu vuole che guidi le reazioni chimiche nell'enzima FDH.
"L'enzima può catturare gli elettroni generati dal nitruro di tantalio e quindi eseguire la reazione, " dice Xu.
Non è un caso che utilizzi il nitruro di tantalio nelle sue ricerche.
"Il nitruro di tantalio soddisfa molti dei requisiti per eseguire la fotosintesi, " dice Xu.
In parte perché ha una banda proibita di 2,1 elettronvolt. Il band gap è l'energia necessaria per far uscire un elettrone dal suo stato fondamentale. Questa energia di 2,1 elettronvolt può alimentare l'intero processo fotosintetico, compresa l'energia necessaria all'enzima per svolgere il suo lavoro.
"Allora questo enzima può convertire la CO 2 all'acido formico, una composizione molto più pregiata, " dice Xu.
Inoltre, possiamo liberarci di un po' di CO 2 , Certo, che non è uno svantaggio in termini di cambiamento climatico.
Può catturare CO 2
Xu produce tubi molto piccoli con nitruro di tantalio. Così piccoli da essere a livello nano. Nano significa un miliardesimo.
"Produciamo nanotubi di nitruro di tantalio perché i tubi hanno una superficie molto ampia e quindi possono assorbire più luce solare".
Forse la tecnologia del futuro può contribuire alla CO 2 catturare.
"Se possiamo farne uno strato sottile, possiamo metterlo su tetti e pareti che poi aiuteranno a catturare la CO 2 , " dice Xu.
"Molte non sappiamo"
Ma sono necessarie molte ricerche prima di arrivarci. L'enzima FDH di Xu ha ancora molti segreti.
"Ora sappiamo qualcosa su questo enzima, ma c'è ancora molto che non sappiamo, " lui dice.
"Se possiamo ottenere una visione ancora migliore dell'enzima e se possiamo imitarlo, possiamo farlo su una scala più ampia. Allora può sicuramente aiutare a controllare la CO 2 livello."
"Se possiamo renderlo ancora più efficiente, può superare la funzione delle piante verdi, " dice Xu.
