วิธีการใหม่ในการใช้เครื่องจักรสังเคราะห์แสงเพื่อผลิตก๊าซมีเทนนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าความพยายามครั้งก่อนถึง 10 เท่า
วิธีการสังเคราะห์ด้วยแสงแบบใหม่อาจทำให้มนุษย์เข้าใกล้การใช้เครื่องจักรของพืชเพื่อผลิตเชื้อเพลิงมากขึ้นอีกขั้นหนึ่ง
ระบบใหม่นี้มีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการสังเคราะห์ด้วยแสง สังเคราะห์แบบก่อนหน้าถึง 10 เท่า ในขณะที่การสังเคราะห์ด้วยแสงตามธรรมชาติช่วยให้พืชเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และน้ำให้เป็นคาร์โบไฮเดรตโดยใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ วิธีการประดิษฐ์นี้สามารถเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำให้เป็นเชื้อเพลิงที่มีพลังงานสูง เช่น มีเทนและเอทานอล สิ่งนี้สามารถเป็นทางเลือกแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เจาะออกมาจากหินโบราณ
“ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่หลายคนไม่รู้ก็คือ แม้แต่ธรรมชาติก็ไม่มีทางออกสำหรับปริมาณพลังงานที่เราใช้” เวนบิน หลิน นักเคมีแห่งมหาวิทยาลัยชิคาโก หนึ่งในผู้เขียนงานวิจัยชิ้นใหม่กล่าวในถ้อยแถลง การสังเคราะห์ด้วยแสงตามธรรมชาติ แม้ว่าพืชจะเพียงพอสำหรับเลี้ยงตัวเอง แต่ก็ขาดปริมาณพลังงานที่จำเป็นสำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงให้กับบ้าน เมือง และประเทศของเรา “เราจะต้องทำให้ดีกว่าธรรมชาติ และนั่นเป็นเรื่องที่น่ากลัว” เขากล่าว
นักวิจัยทำงานเพื่อยืมเครื่องจักรในการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อสร้างสารเคมีที่ต้องการมาหลายปีแล้ว แต่การปรับแต่งการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อตอบสนองความต้องการของมนุษย์นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย กระบวนการนี้ซับซ้อนและประกอบด้วยสองขั้นตอน ขั้นตอนแรก การแยกน้ำและ CO2 ออกจากกัน และขั้นตอนที่สอง การต่ออะตอมเข้ากับคาร์โบไฮเดรตอีกครั้ง Lin และทีมของเขาต้องสร้างระบบที่จะผลิตก๊าซมีเทนหรือ CH4 แทน ซึ่งเป็นคาร์บอน ที่ ล้อมรอบด้วยโมเลกุลไฮโดรเจนสี่โมเลกุล
แม้ว่าการเผาไหม้ก๊าซมีเทนสังเคราะห์นี้จะยังคงนำไปสู่การปล่อยก๊าซเรือนกระจก แต่นักวิจัยก็กำลังทำงานเกี่ยวกับการใช้การสังเคราะห์ด้วยแสงเทียมเพื่อผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนซึ่งจะปล่อยเฉพาะไอน้ำและอากาศอุ่นเท่านั้น
ที่เกี่ยวข้อง: ผลกระทบของภาวะโลกร้อน
ในการทำเช่นนี้ พวกเขาเริ่มต้นด้วยโครงร่างโลหะอินทรีย์ ซึ่งเป็นเว็บที่ทำจากอะตอมโลหะที่มีประจุที่เชื่อมโยงกันด้วยโมเลกุลอินทรีย์ (โมเลกุลของสารอินทรีย์ประกอบด้วยคาร์บอน) พวกมันจมอยู่ใต้น้ำชั้นเดียวของโครงโลหะ-สารอินทรีย์นี้ในสารละลายโคบอลต์ องค์ประกอบนี้ดีในการรับอิเล็กตรอนและเคลื่อนที่ไปมาระหว่างปฏิกิริยาเคมี
จากนั้นนักวิจัยก็ทำสิ่งที่ไม่เคยทำมาก่อน พวกเขาเพิ่มกรดอะมิโนซึ่งเป็นหน่วยการสร้างโมเลกุลของโปรตีนลงในส่วนผสม กรดอะมิโนเหล่านี้เพิ่มประสิทธิภาพของปฏิกิริยาทั้งสองด้าน สลาย CO2 และน้ำ แล้วสร้างใหม่เป็นมีเทน ระบบที่ได้นั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการสังเคราะห์ด้วยแสงเทียมก่อนหน้านี้ถึง 10 เท่า ทีมงานรายงานในวารสารNature Catalysis(เปิดในแท็บใหม่)เมื่อวันที่ 10 พ.ย.
อย่างไรก็ตาม นั่นก็ยังไม่มีประสิทธิภาพพอที่จะสร้างก๊าซมีเทนได้เพียงพอสำหรับการใช้เชื้อเพลิงของมนุษย์
“ที่เราอยู่ตอนนี้ มันจำเป็นต้องขยายขนาดให้ใหญ่ขึ้นหลายเท่าเพื่อให้มีปริมาณมีเธนเพียงพอต่อการบริโภคของเรา” หลินกล่าว แต่เขากล่าวว่า ทีมงานสามารถระบุได้ว่าระบบทำงานอย่างไรในระดับโมเลกุล ซึ่งไม่เคยมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้มาก่อน การทำความเข้าใจกระบวนการเป็นขั้นตอนสำคัญก่อนที่จะขยายขนาดกระบวนการได้
หากปัจจุบันระบบไม่มีประสิทธิภาพเพียงพอสำหรับเติมน้ำมันรถยนต์หรือทำความร้อนในบ้าน ระบบอาจนำไปใช้งานอื่นๆ ที่ไม่ต้องการผลิตภัณฑ์ปริมาณมากได้อยู่แล้ว ตัวอย่างเช่น Lin กล่าวว่า วิธีการที่คล้ายกันนี้สามารถนำมาใช้ในการผลิตสารเคมีพื้นฐานสำหรับเภสัชภัณฑ์ได้
“กระบวนการพื้นฐานจำนวนมากเหล่านี้เหมือนกัน” Lin กล่าว “ถ้าคุณพัฒนาเคมี ที่ดี พวกมันสามารถเสียบเข้ากับระบบต่างๆ ได้มากมาย”
