Bagong Molekula Nagpapalapit sa Artipisyal na Fotosintesis sa Realidad

Pagpapalit sa Natural na Fotosintesis

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

Ito ay, siyempre, totoo para sa mga kaloriya na nagbibigay ng enerhiya sa ating mga katawan, ngunit sa huli ay para rin sa mga fossil fuel, na kung tawagin ay “naiimbak” na fotosintesis mula sa mga halaman na namatay milyong taon na ang nakalilipas.

Kaya, maraming pagsisikap upang gawing mas berde ang ating sistema ng enerhiya at pagkain ay nakatuon sa pagpapabuti ng natural na fotosintesis o pag‑leverage nito para sa mga bagong gamit, tulad ng paglikha ng biofuel mula sa algae.

Ang pag‑scale nito ay maaaring maging susi sa pagpigil sa pagtaas ng konsentrasyon ng CO₂ sa atmospera.

Ngunit paano kung kaya nating tularan ang proseso ng fotosintesis nang hindi na kailangang gumamit ng mga buhay na organismo? Ito ay, sa huli, isang electrochemical na proseso na hindi kinakailangang mangyari sa loob ng mga buhay na selula. Ito ang pangako ng tinatawag na “artipisyal na fotosintesis”.

Iaangat nito ang ating kakayahang kunin ang enerhiya ng araw nang isang hakbang higit sa photovoltaic, na “nakakalikha lamang” ng kuryente mula sa sikat ng araw, ngunit hindi direktang nakakaapekto sa mga kemikal na reaksyon.

Some progress has been made, notably toward photosynthesis-like hydrogen production, but more work is needed for a closer replica.

Paano Gumagana ang Fotosintesis sa Kalikasan

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.

Pinagmulan: Britannica

Sa unang tingin, tila maaaring paikliin ito sa isang napakasimpleng kemikal na ekwasyon at madaling maulit nang artipisyal.

Pinagmulan: Britannica

Isa pang kwento ang lumalabas kapag tiningnan kung paano ito talagang ginagawa.

Ang fotosintesis ng halaman ay isa sa pinakamakumplikadong biochemical na makina, na may dose-dosenang intermediate na reaksyon, napakaraming sub‑komponent, at kung minsan ay hindi gaanong nauunawaan na mga mekanismong molekular na kinasasangkutan ng masalimuot na paggalaw ng mga elektron.

Ang sintetikong paliwanag ng paksa sa encyclopedia ng Britannica ay hindi bababa sa 10,000 salita.

Ang mga siyentistang nag-aaral nito ay kailangang harapin ang mas kumplikadong mga skematik upang magkaroon lamang ng pangkalahatang ideya ng fotosintesis:

Pinagmulan: Lumen Learning

Bagaman karamihan ay ginagamit sa kalikasan upang lumikha ng mga karbohidrat, sa teorya ay maaaring gamitin ang fotosintesis para sa maraming ibang aplikasyon gamit ang liwanag bilang pinagmumulan ng enerhiya, tulad ng, halimbawa, ang pagsintesis ng hydrogen mula sa tubig (photocatalysis).

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”.

Pagtatayo ng Artipisyal na Klorofil

Multi‑Charge Molecules

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.

Importante, ang mga reaksyong bumubuo ng fuel ay nangangailangan ng maraming elektron, hindi lamang isa, na hanggang ngayon ay siyang pinakamataas na naabot ng mga artipisyal na sistema ng fotosintesis.

Para sa pagbawas ng CO₂ partikular, ang multi‑electron transfer ay tila mahalaga, kaya naman karamihan sa mga solusyon ng artipisyal na fotosintesis ay nakatuon sa pagbuo ng hydrogen.

Dito pumapasok ang pagtuklas ng mga Swiss na mananaliksik, na lumikha ng isang espesyal na molekula na kayang lumikha at mag-imbak ng apat na karga nang sabay-sabay sa ilalim ng ilaw — dalawang positibo at dalawang negatibo.

Pinagmulan: Nature

Paano Ito Gumagana?

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.

Ang unang flash ng ilaw ay tumatama sa molekula at nag-uudyok ng reaksyon kung saan nabubuo ang isang positibo at isang negatibong karga, at gumagalaw patungo sa magkasalungat na dulo ng molekula.

Sa ikalawang flash ng ilaw, inuulit ang parehong reaksyon, kaya ang molekula ay nagtataglay na ng dalawang positibo at dalawang negatibong karga.

Pinagmulan: Nature

Pinahusay na Sensitibidad sa Liwanag

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.

Pinagmulan: Nature

“Bilang resulta, papalapit na kami sa antas ng liwanag ng araw.

Ang mga naunang pananaliksik ay nangangailangan ng napakalakas na laser light, na malayo sa bisyon ng artipisyal na fotosintesis.”

Mathis Brändlin – Mag-aaral ng PhD sa Unibersidad ng Basel

Bakit Ang Molekulang Ito ay Isang Mahahalagang Hakbang Pasulong

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.

“Natuklasan at naipatupad na namin ang isang mahalagang piraso ng puzzle.

Umaasa kaming makatutulong ito sa paghubog ng mga bagong posibilidad para sa isang napapanatiling kinabukasan ng enerhiya.”

Prop. Oliver Wenger – Unibersidad ng Basel

Sa 120 microseconds na paghawak ng karga (isang libo hanggang isang milyong beses na mas mahusay kaysa dati), ito ay dapat na sapat para sa mga kemikal na reaksyon, kahit na ang perpektong tagal ay dapat masukat sa segundo.

Kaya kung ihahambing sa mga molekulang may iisang karga, o iisang uri ng karga, na sinubukan sa mga nakaraang eksperimento, ito ang pinaka‑maaasahang molekula para sa pag‑debelop ng artipisyal na fotosintesis sa ngayon.

Ang karagdagang pag‑tweak sa disenyo ay maaaring magpahusay pa sa kakayahan nitong gumana sa natural na liwanag o magpanatili ng mga karga nang mas matagal.

Ang isa pang mahalagang bahagi ng proseso ng artipisyal na fotosintesis na kailangang idisenyo ay isang pigment na may mataas na enerhiya na excited states, pati na rin ang mga angkop na katalista upang magbigay ng sapat na redox power para sa water splitting o CO₂ reduction.

Mag‑swipe para mag‑scroll →

Pamumuhunan sa Napapanatiling Inobasyon

DuPont

Ang DuPont ay isang napakalaking kompanya ng kemikal na may maraming mahahalagang branded chemicals, tulad ng Kevlar, Styrofoam, Nomex (proteksyon laban sa apoy), Great Stuff (adhesive para sa konstruksyon), atbp. Ang kanilang advanced polymer research at mga tatak ng protective material ay maaaring magposisyon sa kanila upang makinabang mula sa teknolohiyang double‑network metamaterial.

Ang DuPont ay isang matandang korporasyon na may komplikadong kasaysayan ng mga acquisition, at kamakailan lamang ay isang serye ng mga spin‑off.

Pinagmulan: DuPont

Ang mga spin‑off na ito ay naghiwalay mula sa DuPont ang mga departamento ng nutrisyon at bioscience, bahagyang ibinenta sa Corteva Biosciences (CTVA -0.95%), mga produktong titanium upang mabuo ang Chemours Company (CC -1.05%), at mobility.

Mahiwalay din ito mula sa kanilang electronic chemicals business sa Nobyembre 2025, ngunit panatilihin ang water segment (mga membrane at filter para sa water purification at desalination), salungat sa mga naunang plano.

Pinagmulan: DuPont

Mag‑iwan ito sa DuPont bilang isang mas nakatutok na kumpanya, na may pangunahing aktibidad sa advanced polymers para sa water purification at protective equipment, pati na rin sa advanced materials para sa aerospace, healthcare, at electric vehicles.

Pinagmulan: DuPont

Ang DuPont ay isang tunay na internasyonal na korporasyon, na may mataas na demand para sa specialty chemicals sa water purification at industrial manufacturing.

Ang mga sektor na pinaglilingkuran ng mga kemikal ng DuPont ay napaka‑iba‑iba, kabilang ang konstruksyon, water purification, industriya ng electronics, automotive, aerospace, healthcare, green energy, at industrial production.

Pinagmulan: DuPont

Tungkol sa artipisyal na fotosintesis, ang kompanyang kemikal ay nagtatrabaho sa teknolohiyang ito sa pamamagitan ng pakikipagtulungan sa akademya, partikular sa Penn University.

“Ang layunin ng kolaboratibong pananaliksik na ito ay bumuo ng isang malawak na magagamit na computational protocol … upang pabilisin ang pagpili ng mga photoactive material na maaaring epektibong mag‑split ng tubig tungong hydrogen at oxygen.”

Ang matibay na presensya ng DuPont sa protective equipment at ang nakatatag na posisyon ng tatak na Kevlar, isang high‑performance polymer, ay dapat makatulong sa kanila na i‑adapt ang mga bagong anyo ng metamaterials sa mga komersyal na produkto. At ang kanilang presensya sa green energy ay dapat makatulong sa pag‑commercialize ng mga kemikal para sa huling proseso ng artipisyal na fotosintesis.

Sa anumang kaso, habang lumalago ang mga bagong teknolohiya, gayundin ang konsumo ng tubig, tumataas din ang demand para sa mga advanced na kemikal na ginagawa ng DuPont.

Pinakabagong Balita at Pag‑unlad sa Stock ng Dupont (DD)

Pag‑aaral na Binanggit

^{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}