Ett forskarlag vid Universitetet i Basel i Schweiz har utvecklat en ny molekyl som efterliknar växternas fotosyntes. Molekylen kan, under påverkan av ljus, lagra två positiva och två negativa elektriska laddningar samtidigt – ett viktigt steg mot att omvandla solljus till klimatneutrala bränslen.
I naturen använder växter solenergi för att omvandla koldioxid till energirika sockerarter. Den processen, fotosyntesen, ligger till grund för allt liv på jorden: djur och människor kan i sin tur frigöra den lagrade energin genom att förbränna kolhydraterna, vilket åter bildar koldioxid och sluter kretsloppet.
Forskarna i Basel hoppas nu kunna efterlikna denna naturliga process genom att utveckla ”solbränslen” – till exempel vätgas, metanol eller syntetisk bensin – som bara avger lika mycket koldioxid vid förbränning som det krävdes för att framställa dem.
Molekyl med fem byggstenar
I den vetenskapliga tidskriften Nature Chemistry beskriver professor Oliver Wenger och doktoranden Mathis Brändlin hur deras molekyl fungerar. Den består av fem sammanlänkade delar, där varje del har en specifik funktion.
På ena sidan finns två komponenter som avger elektroner och blir positivt laddade. På den andra sidan finns två som tar upp elektroner och blir negativt laddade. I mitten sitter den ljusaktiva delen som fångar in solenergin och startar reaktionen.
För att skapa fyra laddningar använder forskarna två separata ljusblixtar. Den första blixten får molekylen att bilda en positiv och en negativ laddning som förflyttas till var sin ände. Den andra blixten upprepar processen, så att molekylen slutligen innehåller två positiva och två negativa laddningar – redo att användas för kemiska reaktioner, till exempel för att spjälka vatten till vätgas och syre.
Stabil även i svagt ljus
Tidigare försök inom artificiell fotosyntes har krävt mycket starka laserljus, långt ifrån naturligt solljus. Men den nya molekylen fungerar redan vid svagare ljusintensitet, berättar Brändlin.
– Den stegvisa excitationen gör det möjligt att använda betydligt svagare ljus. Vi närmar oss redan solens ljusstyrka, säger han.
Dessutom är laddningarna i molekylen tillräckligt stabila för att hinna driva andra kemiska reaktioner.
Även om molekylen ännu inte utgör en färdig lösning för konstgjord fotosyntes, ser forskarna den som ett viktigt delmål.
– Vi har identifierat och genomfört en avgörande pusselbit, säger professor Wenger. De nya resultaten förbättrar vår förståelse av elektronöverföringar, som är centrala för att lagra solenergi i kemisk form. – Förhoppningen är att våra resultat kan bidra till nya vägar mot en hållbar energiframtid, tillägger han.
Fakta:
Fotosyntes är naturens sätt att lagra solenergi genom att omvandla koldioxid och vatten till socker och syre. Forskningen om artificiell fotosyntes syftar till att återskapa processen tekniskt, för att producera klimatneutrala bränslen.
Universitetet i Basel är ett av Europas äldsta universitet och bedriver ledande forskning inom fotokemi och energilagring.
Källa: University of Basel / Nature Chemistry
