Bagong Molekula ang Naglalapit sa Artipisyal na Fotosintesis sa Realidad

Pagpapalit sa Natural na Fotosintesis

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 luntian ang ating mga sistema ng enerhiya at pagkain ay nakatuon sa pagpapahusay ng natural na fotosintesis o paggamit nito para sa mga bagong layunin, tulad ng paglikha ng biofuel mula sa algae.

Ang pagpapalawak 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 gumagamit ng mga buhay na organismo? Sa huli, isa itong prosesong elektrokemikal na hindi kailangang maganap sa loob ng mga buhay na selula. Ito ang pangako ng tinatawag na “artipisyal na fotosintesis”.

Maaari nitong iangat nang higit pa sa mga photovoltaic cell ang kakayahan nating kumuha ng enerhiya mula sa araw. Ang mga cell na iyon ay lumilikha lamang ng kuryente mula sa sikat ng araw at hindi direktang nagpapasimula ng mga reaksiyong kemikal.

May ilang pagsulong nang nagawa, lalo na sa produksiyon ng hidrogenong kahawig ng fotosintesis, ngunit kailangan pa ng mas maraming pananaliksik upang mas malapit itong makatulad sa natural na proseso.

Paano Gumagana ang Fotosintesis sa Kalikasan

Sa pinakasimpleng paglalarawan, ang fotosintesis sa mga halaman ay ang proseso ng pagsipsip ng CO2 at tubig, paggamit ng liwanag bilang pinagkukunan ng enerhiya, at paglikha ng mga carbohydrate at 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 pinakamasalimuot na makinang biyokemikal. Binubuo ito ng dose-dosenang pansamantalang reaksiyon, napakaraming maliliit na bahagi, at mga mekanismong molekular na kung minsan ay hindi pa ganap na nauunawaan at kinasasangkutan ng masalimuot na paggalaw ng mga elektron.

Ang pinaikling paliwanag ng paksa sa ensiklopedya 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 pangunahing ginagamit ito sa kalikasan upang lumikha ng mga carbohydrate, sa teorya ay maaaring gamitin ang fotosintesis sa maraming iba pang aplikasyon na gumagamit ng liwanag bilang pinagkukunan ng enerhiya, gaya ng paglikha ng hidrogeno mula sa tubig sa pamamagitan ng fotokatalisis.

Maaari ring gamitin ang katulad na paggalaw ng mga elektron at ion na pinasisimulan ng liwanag upang artipisyal na lumikha ng mga asukal. Ito ang ideyang pinag-aaralan ng tatlong siyentipiko sa University of Basel sa Switzerland. Kamakailan nilang inilathala sa Nature Chemistry¹  ang kanilang mga resulta tungkol sa isang bagong molekulang maaaring gamitin sa artipisyal na fotosintesis, sa ilalim ng pamagat na “Photoinduced double charge accumulation in a molecular compound”.

Pagbuo ng Artipisyal na Kloropila

Mga Molekulang may Maraming Karga

Umaasa ang natural na fotosintesis sa magkakasunod na reaksiyong elektrokemikal. Dahil dito, kailangan nito ang tinatawag na kalagayang magkahiwalay ang karga (CSS), kung saan sabay na nagtataglay ang isang molekula ng positibo at negatibong karga.

Mahalaga na ang mga reaksiyong lumilikha ng gatong ay nangangailangan ng maraming elektron, hindi lamang isa—na siyang pinakamataas na naabot ng mga sistema ng artipisyal na fotosintesis hanggang ngayon.

Sa pagbawas ng CO₂, tila napakahalaga ng paglilipat ng maraming elektron. Ito ang dahilan kung bakit nakatuon sa paggawa ng hidrogeno ang karamihan sa mga solusyon para sa artipisyal na fotosintesis.

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?

May gitnang bahagi ang molekula na sensitibo sa liwanag at nagpapagalaw ng isang elektron bilang tugon dito. Gumamit ang mga mananaliksik ng sunud-sunod na paraan na may dalawang kislap ng liwanag.

Tinatamaan ng unang kislap ng liwanag ang molekula at nagpapasimula ng reaksiyon kung saan nabubuo ang isang positibo at isang negatibong karga at gumagalaw ang mga ito patungo sa magkasalungat na dulo ng molekula.

Sa ikalawang kislap ng liwanag, nauulit ang parehong reaksiyon, kaya nagtataglay na ang molekula ng dalawang positibo at dalawang negatibong karga.

Pinagmulan: Nature

Pinahusay na Sensitibidad sa Liwanag

Mahalaga ang sunud-sunod na hakbang na gumagamit ng liwanag sa dalawang yugto, hindi lamang upang makaipon ng dobleng kargang elektrikal sa magkabilang dulo ng molekula kundi upang mabawasan din ang enerhiyang kailangan sa bawat yugto. Dahil dito, maaari itong gumana sa mas mahinang liwanag kaysa dati.

Pinagmulan: Nature

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

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

Mathis Brändlin – Doktoradong mag-aaral sa University of Basel

Bakit Mahalagang Hakbang Pasulong ang Molekulang Ito

Isa pang mahalagang katangian ng bagong molekulang ito ang kakayahan nitong panatilihin ang karga nang sapat na katagalan upang mapagana ang mga susunod na reaksiyong kemikal—isang kailangang katangian ng anumang kumpletong sistema ng artipisyal na fotosintesis.

“Natukoy at naisakatuparan namin ang isang mahalagang bahagi ng palaisipan.

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

Prof. Oliver Wenger – Unibersidad ng Basel

Sa pagpapanatili ng karga sa loob ng 120 mikrosegundo—isang libo hanggang isang milyong beses na mas mahusay kaysa dati—dapat itong maging sapat para sa mga reaksiyong kemikal, kahit na ang pinakamainam na tagal ay sinusukat sana sa mga segundo.

Kaya kung ihahambing sa mga molekulang sensitibo sa liwanag na may iisang karga o iisang uri lamang ng karga mula sa mga naunang eksperimento, ito ang pinakamaaasahang molekula hanggang ngayon para sa pagbuo ng artipisyal na fotosintesis.

Maaaring higit pang mapahusay ng mga pagbabago sa disenyo ang kakayahan nitong gumana sa natural na liwanag o panatilihin ang mga kargang elektrikal nang mas matagal.

Ang isa pang pangunahing bahagi ng proseso ng artipisyal na fotosintesis na kailangan pang idisenyo ay isang pigment na may mga estadong nasasabik at mataas ang enerhiya, kasama ang mga angkop na katalista na makapagbibigay ng sapat na lakas para sa oksidasyon at pagbawas upang mahati ang tubig o mabawasan ang CO₂.

Mag‑swipe para mag‑scroll →

Pamumuhunan sa Napapanatiling Inobasyon

DuPont

Ang DuPont ay isang napakalaking kompanya ng kemikal na may maraming mahahalagang kemikal na may tatak, tulad ng Kevlar, Styrofoam, Nomex para sa proteksiyon sa sunog, at Great Stuff na pandikit sa konstruksiyon. Ang masulong na pananaliksik nito sa polymer at mga tatak ng materyales na pangproteksiyon ay maaaring magbigay rito ng pagkakataong makinabang sa teknolohiyang double-network metamaterial.

Ang DuPont ay isang matagal nang korporasyon na may masalimuot na kasaysayan ng mga pagkuha ng kumpanya at, kamakailan, sunud-sunod na paghihiwalay ng mga negosyo.

Pinagmulan: DuPont

Inihiwalay ng mga pagbabagong ito mula sa DuPont ang mga dibisyon ng nutrisyon at bioscience, na bahagyang ibinenta sa Corteva Biosciences (CTVA -0.95%); ginawang Chemours Company ang negosyo ng mga produktong titanium (CC ) (CC -1.05%); at inihiwalay din ang negosyo sa mobilidad.

Ihihiwalay din nito ang negosyo sa mga kemikal para sa electronics sa Nobyembre 2025, ngunit pananatilihin ang dibisyon sa tubig, kabilang ang mga membrane at filter para sa paglilinis at desalination ng tubig, salungat sa mga naunang plano.

Pinagmulan: DuPont

Iiwan nito ang DuPont bilang isang mas nakatuong kumpanya, na pangunahing gumagawa ng mga advanced polymer para sa paglilinis ng tubig at kagamitang pangproteksiyon, pati na ng mga advanced material para sa aerospace, pangangalagang pangkalusugan, at mga de-kuryenteng sasakyan.

Pinagmulan: DuPont

Tunay na pandaigdigang korporasyon ang DuPont, na may mataas na pangangailangan para sa mga espesyal na kemikal sa paglilinis ng tubig at produksiyong industriyal.

Napakarami ng mga sektor na pinaglilingkuran ng mga kemikal ng DuPont, kabilang ang konstruksiyon, paglilinis ng tubig, electronics, sasakyan, aerospace, pangangalagang pangkalusugan, luntiang enerhiya, at produksiyong industriyal.

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.

“Layunin ng kolaboratibong pananaliksik na ito na bumuo ng isang malawak na magagamit na protokol na pangkompyut … upang mapabilis ang pagpili ng mga materyales na aktibo sa liwanag at mabisang makapaghahati ng tubig tungo sa hidrogeno at oxygen.”

Ang matibay na presensya ng DuPont sa kagamitang pangproteksiyon at ang matatag na posisyon ng tatak na Kevlar, isang polymer na may mataas na pagganap, ay dapat makatulong ditong iangkop ang mga bagong anyo ng metamaterial sa mga produktong pangkomersiyo. Dapat ding makatulong ang presensya nito sa luntiang enerhiya upang maikomersiyalisa ang mga kemikal para sa huling proseso ng artipisyal na fotosintesis.

Sa anumang kaso, habang lumalago ang mga bagong teknolohiya at tumataas ang pagkonsumo ng tubig, lumalaki rin ang pangangailangan para sa mga masulong na kemikal na ginagawa ng DuPont.

Pinakabagong Balita at Pag-unlad sa Aksiyon 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}