Ny Molekyle Gør Kunstig Fotosyntese Tæt På Virkeligheden

Erstatning af Naturlig Fotosyntese

Directly or indirectly, a massive amount of the energy we use has been produced through photosynthesis.

Dette er naturligvis sandt for de kalorier, der driver vores kroppe, men i sidste ende også for fossile brændstoffer, som blot er “lagret” fotosyntese fra planter, der døde for milliarder af år siden.

Derfor er mange bestræbelser på at gøre vores energi‑ og fødevaresystem grønnere dedikeret enten til at forbedre naturlig fotosyntese eller udnytte den til nye formål, som at skabe biobrændstoffer fra alger.

At bygge den i stor skala kan vise sig at være afgørende for at begrænse den stigende CO₂‑koncentration i atmosfæren.

Men hvad hvis vi kunne efterligne fotosynteseprocessen uden at skulle håndtere levende organismer? Det er trods alt en elektrokemisk proces, der ikke nødvendigvis kræver levende celler for at foregå. Dette er løftet om såkaldt “kunstig fotosyntese”.

Det ville løfte vores evne til at indfange solens energi et skridt over fotovoltaik, som kun kan “kun” skabe elektricitet ud af sollys, men ikke direkte påvirke kemiske reaktioner.

Some progress has been made, især i retning af fotosyntese‑lignende brintproduktion, but more work is needed for a closer replica.

Hvordan Fotosyntese Fungerer i Naturen

In plants, photosynthesis is, roughly speaking, in its simplest form. The process of taking in CO2 and water, using light as an energy source, and producing carbohydrates and oxygen.

Kilde: Britannica

Ved første øjekast ser det ud til, at dette kan reduceres til en meget simpel kemisk ligning og let kunne replikeres kunstigt.

Kilde: Britannica

Det er en anden historie, når man ser på, hvordan det faktisk foregår.

Plantens fotosyntese er faktisk en af de mest komplekse biokemiske maskiner, med dusinvis af mellemliggende reaktioner, et utal af underkomponenter og nogle gange ikke så velforståede molekylære mekanismer, der involverer indviklede elektronbevægelser.

Den syntetiske forklaring af dette emne i Britannica‑encyklopædien er ikke mindre end 10.000 ord.

Forskere, der studerer det, må håndtere betydeligt mere komplekse skemaer for blot at få et overblik over fotosyntesen:

Kilde: Lumen Learning

Selvom fotosyntese primært i naturen bruges til at skabe kulhydrater, kunne den i teorien også anvendes til mange andre formål, hvor lys bruges som energikilde, for eksempel syntese af brint fra vand (fotokatalyse).

A similar process of light-induced electron and ion movement could also be used to create sugars artificially. This is the idea on which three scientists are working at the University of Basel (Switzerland). They recently published in Nature Chemistry¹ their results regarding a new molecule that could be used for artificial photosynthesis, under the title “Photoinduced double charge accumulation in a molecular compound”.

Bygning af Kunstig Klorofyl

Multi-Ladnings Molekyler

Natural photosynthesis relies on a series of electrochemical reactions. As a result, it requires a so-called charge-separated state (CSS), where a molecule carries at the same time a positive and a negative charge.

Importantly, fuel-forming reactions require multiple electrons, not just one, which have so far been the best artificial photosynthesis systems could achieve.

For the reduction of CO2 in particular, multi-electron transfer appears to be essential, which is also why most of the artificial photosynthesis solutions so far have focused on hydrogen generation instead.

This is where the discovery by the Swiss researchers is changing things, with the creation of a special molecule that can generate and store four charges simultaneously under light irradiation – two positive ones and two negative ones.

Kilde: Nature

Hvordan Virker Det?

The molecule contains a center part that is sensitive to light and generates an electron move in response. The researchers took a sequential approach using two flashes of light.

The first flash of light hits the molecule and triggers a reaction in which a positive and a negative charge are generated, and move toward the opposite end of the molecule.

With the second flash of light, the same reaction occurs again, so that the molecule then contains two positive and two negative charges.

Kilde: Nature

Forbedret Lysfølsomhed

The sequential step, using light in a 2-step process, is not only important to accumulate a double electrical charge on each end of the molecule, but also to reduce the energy required for each step, allowing it to function in lower light intensity than before.

Kilde: Nature

“As a result, we are already moving close to the intensity of sunlight.

Earlier research required extremely strong laser light, which was a far cry from the vision of artificial photosynthesis.”

Mathis Brändlin – PhD Student at Basel University

Hvorfor Dette Molekyle Er et Vigtigt Skridt Fremad

Another quality of this new molecule is that it retains its charge for a sufficiently long time to be used in powering further chemical reactions, a must-have for any complete artificial photosynthesis system.

“We have identified and implemented an important piece of the puzzle.

We hope that this will help us contribute to new prospects for a sustainable energy future.”

Pr. Oliver Wenger – Basel University

With 120 microseconds charge retention (a thousand to a million times better than before), this should be enough for chemical reactions, even if the ideal duration would be measured in seconds.

So compared to single-charge, or only one type of charge, photosensitive molecules tried in past experiments, this is the most promising molecule for developing artificial photosynthesis so far.

Further tweaks to the design could improve its ability to operate in natural light intensity or to retain the electrical charges for even longer.

The other key part of an artificial photosynthesis process that is yet to be designed is a pigment with high-energy excited states, as well as suitable catalysts to provide sufficient redox power for water splitting or CO2 reduction.

Swipe for at rulle →

Investering i Bæredygtig Innovation

DuPont

DuPont er et enormt kemikalie‑firma med mange vigtige mærkevarer kemikalier, såsom Kevlar, Styrofoam, Nomex (brandbeskyttelse), Great Stuff (bygningsklæbemiddel) osv. Deres avancerede polymerforskning og beskyttelsesmateriale‑mærker kan placere dem i en position til at drage fordel af dobbelt‑netværks metamaterialeteknologier.

DuPont er en gammel virksomhed med en kompleks historie af opkøb, og for nylig en række spinoffs.

Kilde: DuPont

Disse spinoffs har adskilt af DuPont afdelingerne for ernæring og biovidenskab, delvist solgt til Corteva Biosciences (CTVA -0.95%), titanium‑produkter til at danne Chemours Company (CC -1.05%), og mobilitet.

Det vil også adskille sig fra sin elektronik‑kemikalie‑forretning i november 2025, men beholde vandsegmentet (membraner og filtre til vandrensning og afsaltningsprocesser), i modsætning til tidligere planer.

Kilde: DuPont

Dette vil efterlade DuPont som en meget mere fokuseret virksomhed, med en kerneaktivitet inden for avancerede polymerer til vandrensning og beskyttelsesudstyr samt avancerede materialer til luftfart, sundhedspleje og el‑biler.

Kilde: DuPont

DuPont er en virkelig international virksomhed med stor efterspørgsel efter specialkemikalier inden for vandrensning og industriel produktion.

De sektorer, som DuPont‑kemikalier betjener, er også meget varierede, herunder byggeri, vandrensning, elektronikindustrien, bilindustri, luftfart, sundhedspleje, grøn energi og industriel produktion.

Kilde: DuPont

Med hensyn til kunstig fotosyntese arbejder kemikalievirksomheden på teknologien gennem partnerskaber med akademia, især med Penn University.

“Målet med dette samarbejdsforskningsprojekt er at udvikle en bredt anvendelig beregningsprotokol … for at fremskynde udvælgelsen af fotoaktive materialer, der effektivt kan splitte vand i brint og ilt.”

Den stærke tilstedeværelse af DuPont inden for beskyttelsesudstyr og den etablerede position med Kevlar‑mærket, et højtydende polymer, bør hjælpe dem med at tilpasse nye former for metamaterialer til kommercielle produkter. Og deres tilstedeværelse inden for grøn energi bør hjælpe med at kommercialisere kemikalier til den eventuale kunstige fotosyntese‑kommercielle proces.

I hvert fald, efterhånden som nye teknologier vokser, og vandforbruget stiger, gør efterspørgslen efter de avancerede kemikalier, som DuPont producerer, også.

Seneste  Dupont (DD) Aktier Nyheder og Udviklinger

Studie Refereret

^{1. Brändlin, M., Pfund, B. & Wenger, O.S. Photoinduced double charge accumulation in a molecular compound. Nature. Chemistry. (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-025-01912-x}