Yeni Molekül, Yapay Fotosentezi Gerçeğe Yaklaştırıyor

Doğal Fotosentezin Yerine Geçirilmesi

Doğrudan ya da dolaylı olarak, kullandığımız enerjinin çok büyük bir bölümü fotosentez yoluyla üretilmiştir.

Doğrudan ya da dolaylı olarak, kullandığımız enerjinin büyük bir kısmı fotosentez yoluyla üretilmiştir.

Bu, elbette, vücudumuzu besleyen kaloriler için de geçerlidir, ancak nihayetinde fosil yakıtlar için de geçerlidir; bunlar sadece eski zamanlarda ölen bitkilerin “depolanmış” fotosentezidir.

Bu nedenle, enerji ve gıda sistemimizi daha yeşil hâle getirmek için birçok çaba, doğal fotosentezi iyileştirmeye ya da alglerden biyoyakıt üretimi gibi yeni kullanım alanlarından yararlanmaya yöneliktir.

Bunu ölçekli olarak inşa etmek, atmosferde artan CO2 konsantrasyonunu sınırlamak için kritik olabilir.

Peki ya fotosentez sürecini canlı organizmalarla uğraşmadan taklit edebilseydik? Sonuçta, bu, mutlaka canlı hücrelere ihtiyaç duymayan bir elektrokimyasal süreçtir. İşte buna sözde “yapay fotosentez” denmesinin vaat ettiği şey budur.

Bu, güneş enerjisini yakalama yeteneğimizi, yalnızca güneş ışığından elektrik üretebilen fotovoltaik sistemlerin bir adım ötesine taşıyarak, kimyasal reaksiyonları doğrudan etkileyebilecek bir seviyeye çıkarır.

Özellikle fotosenteze benzer hidrojen üretimi yönünde bazı ilerlemeler kaydedildi; ancak doğal sürece daha yakın bir kopya için daha fazla çalışma gerekiyor.

Doğada Fotosentezin Nasıl Çalıştığı

En basit hâliyle bitkilerde fotosentez, CO2 ve suyun alınması, ışığın enerji kaynağı olarak kullanılması ve karbonhidrat ile oksijen üretilmesi sürecidir.

Kaynak: Britannica

İlk bakışta, bunun çok basit bir kimyasal denkleme indirgenebileceği ve yapay olarak kolayca kopyalanabileceği görülür.

Kaynak: Britannica

Gerçekten nasıl yapıldığını incelediğinizde durum başka bir hikâye haline gelir.

Bitki fotosentezi, onlarca ara reaksiyon, sayısız alt bileşen ve bazen karmaşık elektron hareketlerini içeren, tam olarak anlaşılmamış moleküler mekanizmalarla birlikte, en karmaşık biyokimyasal makinelerden biridir.

Britannica ansiklopedisindeki bu konunun sentetik açıklaması 10.000 kelimeden az değildir.

Bilim insanları, fotosentezin sadece bir özetine ulaşmak için oldukça karmaşık şemalarla uğraşmak zorundadır:

Kaynak: Lumen Learning

Doğada çoğunlukla karbonhidrat üretmek için kullanılsa da, teorik olarak fotosentez, ışığı enerji kaynağı olarak kullanarak suyun hidrojenine (fotokataliz) dönüşümü gibi birçok başka uygulama için de kullanılabilir.

Işık kaynaklı elektron ve iyon hareketine dayalı benzer bir süreç, şekerleri yapay olarak üretmek için de kullanılabilir. Bu, Basel Üniversitesi’nde (İsviçre) çalışan üç bilim insanının üzerinde çalıştığı fikirdir. Yakın zamanda Nature Chemistry¹ dergisinde, “Bir moleküler bileşende fotoindüklenmiş çift yük birikimi” başlıklı, yapay fotosentezde kullanılabilecek yeni bir molekülle ilgili sonuçlarını yayınladılar.

Yapay Klorofilin İnşası

Çoklu Yük Molekülleri

Doğal fotosentez bir dizi elektrokimyasal reaksiyona dayanır. Bu nedenle, bir molekülün aynı anda pozitif ve negatif yük taşıdığı, yük ayrışmış durum (CSS) adı verilen bir hâl gerektirir.

Doğal fotosentez, bir dizi elektrokimyasal reaksiyona dayanır. Sonuç olarak, bir molekülün aynı anda pozitif ve negatif yük taşıdığı sözde yük ayrılmış durum (CSS) gerektirir.

Özellikle, yakıt oluşturan reaksiyonlar tek bir elektron yerine birden fazla elektron gerektirir; bu, şu ana kadar yapay fotosentez sistemlerinin elde edebildiği en iyi seviyedir.

Özellikle CO2’nin indirgenmesi için çoklu elektron transferi hayati öneme sahiptir; bu da şu ana kadar çoğu yapay fotosentez çözümünün hidrojen üretimine odaklanmasının nedenidir.

İşte İsviçreli araştırmacıların keşfi burada devreye giriyor; ışık ışınımı altında aynı anda iki pozitif ve iki negatif olmak üzere dört yük üretebilen ve depolayabilen özel bir molekül oluşturuldu.

Kaynak: Nature

Nasıl Çalışıyor?

Molekül, ışığa duyarlı olan ve tepki olarak elektron hareketi oluşturan bir merkez bölüme sahiptir. Araştırmacılar iki ışık parlamasını kullanan sıralı bir yaklaşım benimsedi.

Molekül, ışığa duyarlı bir merkez kısmına sahiptir ve buna yanıt olarak bir elektron hareketi üretir. Araştırmacılar iki ışık patlaması kullanarak sıralı bir yaklaşım benimsediler.

İlk ışık patlaması moleküle çarpar ve pozitif ile negatif bir yükün üretildiği, bu yüklerin molekülün zıt ucuna doğru hareket ettiği bir reaksiyonu tetikler.

İkinci ışık patlamasıyla aynı reaksiyon tekrar gerçekleşir ve molekül iki pozitif ve iki negatif yük içerir.

Kaynak: Nature

Geliştirilmiş Işık Hassasiyeti

Işığı iki aşamalı bir süreçte kullanan bu sıralı adım, molekülün her iki ucunda çift elektrik yükü biriktirmekle kalmaz; her aşamada gereken enerjiyi de azaltarak molekülün öncekinden daha düşük ışık yoğunluğunda çalışmasını sağlar.

Kaynak: Nature

“Sonuç olarak, zaten güneş ışığı yoğunluğuna yakın bir seviyeye doğru ilerliyoruz.

Önceki araştırmalar son derece güçlü lazer ışığı gerektiriyordu; bu, yapay fotosentez vizyonundan çok uzaktı.

Mathis Brändlin – Basel Üniversitesi Doktora Öğrencisi

Bu Molekül Neden Önemli Bir Adım Olduğu

Bu yeni molekülün bir diğer özelliği, sonraki kimyasal reaksiyonlara güç sağlamak için kullanılabilecek kadar uzun süre yükünü korumasıdır; bu, eksiksiz bir yapay fotosentez sistemi için vazgeçilmezdir.

“Bulmacanın önemli bir parçasını belirledik ve uyguladık.

Bunun, sürdürülebilir bir enerji geleceği için yeni fırsatlara katkı sağlamamıza yardımcı olacağını umuyoruz.

Pr. Oliver Wenger – Basel Üniversitesi

120 mikrosaniyelik yük tutma süresi (öncekine göre bin ila milyon kat daha iyi) ile bu, kimyasal reaksiyonlar için yeterli olmalı, ideal sürenin saniyelerle ölçülmesi gerekse bile.

Dolayısıyla, geçmiş deneylerde denenen tek yük ya da yalnızca bir tür yük taşıyan fotosensitif moleküllerle karşılaştırıldığında, bu şu ana kadar yapay fotosentez geliştirmek için en umut verici moleküldür.

Tasarımda yapılacak ek ayarlamalar, doğal ışık şiddetinde çalışabilme yeteneğini veya elektrik yüklerini daha uzun süre tutma kapasitesini artırabilir.

Henüz tasarlanmamış yapay fotosentez sürecinin diğer kilit parçası, yüksek enerjili uyarılmış durumlara sahip bir pigment ve suyun ayrışması ya da CO2’nin azaltılması için yeterli redoks gücü sağlayacak uygun katalizörlerdir.

Swipe to scroll →

Sürdürülebilir Yeniliklere Yatırım

DuPont

DuPont, Kevlar, Styrofoam, Nomex (yangın koruması), Great Stuff (inşaat yapıştırıcısı) gibi birçok önemli markalı kimyasalı bulunan dev bir kimya şirketidir. Gelişmiş polimer araştırmaları ve koruyucu malzeme markaları, çift ağ metamadde teknolojilerinden faydalanma potansiyeline sahiptir.

DuPont, karmaşık bir satın alma geçmişine sahip köklü bir şirkettir ve son zamanlarda bir dizi bölünme yaşamıştır.

Kaynak: DuPont

Bu bölünmeler, DuPont’tan beslenme ve biyobilim bölümlerini ayırmış, kısmen Corteva Biosciences (CTVA -0.95%)’e satılmış, titanyum ürünlerini Chemours Company (CC ) (CC -1.05%) olarak oluşturmuş ve mobiliteyi ayırmıştır.

Ayrıca Kasım 2025’te elektronik kimyasallar işinden de ayrılacak, ancak su segmentini (su arıtma ve tuzdan arındırma için membranlar ve filtreler) önceki planların aksine koruyacak.

Kaynak: DuPont

Bu, DuPont’u su arıtma ve koruyucu ekipmanlar için gelişmiş polimerler, ayrıca havacılık, sağlık ve elektrikli araçlar için ileri malzemeler üzerine odaklanmış çok daha odaklı bir şirket haline getirecek.

Kaynak: DuPont

DuPont, su arıtma ve endüstriyel üretimde özel kimyasallara yüksek talep gören gerçekten uluslararası bir şirkettir.

DuPont kimyasallarının hizmet verdiği sektörler de çok çeşitlidir; inşaat, su arıtma, elektronik endüstrisi, otomotiv, havacılık, sağlık, yeşil enerji ve endüstriyel üretim gibi.

Kaynak: DuPont

Yapay fotosentezle ilgili olarak, kimya şirketi akademiyle, özellikle Penn Üniversitesi ile ortaklıklar aracılığıyla bu teknoloji üzerinde çalışmaktadır.

“Bu ortak araştırmanın hedefi, suyu verimli bir şekilde hidrojen ve oksijene ayırabilen fotoaktif malzemelerin seçimini hızlandırmak için geniş çapta uygulanabilir bir hesaplama protokolü geliştirmektir …”

DuPont’un koruyucu ekipmanlardaki güçlü varlığı ve yüksek performanslı bir polimer olan Kevlar markasındaki köklü konumu, yeni metamadde formlarını ticari ürünlere uyarlamasına yardımcı olmalıdır. Ayrıca yeşil enerjideki varlığı, nihai yapay fotosentez ticari süreci için kimyasalların ticarileştirilmesini destekleyecektir.

Her neyse, yeni teknolojiler ve su tüketimi arttıkça, DuPont’un ürettiği gelişmiş kimyasallara olan talep de artmaktadır.

En Son Dupont (DD) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeler

Referans Alınan Çalışma

^{1. Brändlin, M., Pfund, B. & Wenger, O.S. Moleküler bir bileşende fotoindüklenmiş çift yük birikimi. Nat ure Chem istry. (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-025-01912-x}