Was ist künstliche Photosynthese?

Pflanzen erhalten ihre Energie auf eine Weise, die sich stark von der Art und Weise unterscheidet, wie Menschen Energie erhalten.Wenn ein Mensch Energie braucht, isst er Nahrung.Wenn eine Pflanze Energie benötigt, nutzt sie den Prozess der Photosynthese, um Kohlendioxid aus der Umwelt aufzunehmen und Sonnenlicht in Zucker umzuwandeln. Dies ist die Art der Energie, die sie für das Leben benötigt.Wissenschaftler haben daran gearbeitet, den Prozess der Photosynthese zu replizieren und versucht, die Sonnenenergie auf neue, effektive und ökologisch freundliche Weise zu nutzen, und die künstliche Photosyntheseforschung hat interessante Ergebnisse erzielt.

Die Fähigkeit, künstliche Photosynthese zu produzieren, wurde erstmals im Jahr 2000 angekündigt, obwohl die Forschung zuvor zuvor in der Planungsphase stattfand.Die Forscher stützten sich auf den 1953 entdeckten Honda-Fujishima-Effekt und verwendet Titandioxid als Photokatalysator.Ein Photokatalysator beschleunigt Prozesse, die sich auf Licht beziehen, und in diesem Fall Energie.

Aufgrund des wissenschaftlichen und geschäftlichen Interesses an künstlicher Photosynthese und des Wunsches nach potenziellen neuen Produkten, die sich daraus ergeben könnten, unterteilte sich das Forschungsfeld in zwei Seiten.Dies führte zu zwei verschiedenen Ergebnissen: photoelektrochemische Zellen und farbstoffsensibilisierte Solarzellen.Jede Zelle arbeitet nach verschiedenen Prinzipien, versucht jedoch, dasselbe Ergebnis zu erzielen: künstliche photosynthetische Energie, die für die spätere Verwendung genutzt und gespeichert werden kann, was die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Energiequellen der Welt verringern würde.Der elektrische Wasserstrom zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff in einem Prozess, der als Elektrolyse bezeichnet wird.Elektrizität kann dann im Wasserstoff gespeichert werden, der ein „Energieträger“ ist, und die Energie kann später verwendet werden, z. B. in Batterien.Es gibt zwei Arten von PECs, eine, die Halbleiteroberflächen verwendet, um die Sonnenenergie zu absorbieren und Wassermoleküle für den Energieverbrauch aufzuteilen.Die andere Sorte verwendet gelöste Metalle, um Solarenergie zu zeichnen und den Prozess der künstlichen Photosynthese zu beginnen.Die häufigsten Metallkatalysatoren für diese Reaktionsart sind Kobalt und Rhodium.Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben festgestellt, dass diese Metalle für diese Art von Arbeit am effektivsten sind.

Die andere Art der erforschten Zelle, die farbstoffsensibilisierte Solarzelle, wird manchmal als Gratzelzelle oder Graetzelzelle bezeichnet.Wie PECs verwenden farbstoffsensibilisierte künstliche Photosynthesezellen einen Halbleiter, um Energie, normalerweise Silizium, zu sammeln.In farbstoffsensibilisierten Zellen wird der Halbleiter verwendet, um die gesammelte Energie zu transportieren, und die Photoelektronen oder Energiepartikel werden unter Verwendung von speziellen Farbstoffen getrennt und genutzt.Gratzel-Zellen gelten als die effektivste Form der derzeit verfügbaren künstlichen Photosynthese sowie die kostengünstigste Herstellung.Die Nachteile sind hauptsächlich auf Temperaturprobleme im Zusammenhang mit den flüssigen Farbstoffen zurückzuführen, da diese bei niedrigeren Temperaturen einfrieren und die Energieerzeugung einstellen und sich bei höheren Temperaturen ausdehnen und brechen.

Forschung wird immer noch im Bereich der künstlichen Photosynthese durchgeführt, insbesondere im Streben nach besseren Katalysatoren und Energietransportmechanismen.Obwohl sie nicht die effektivste Form der Energieerzeugung sind, besteht ein großes Interesse an ihnen aufgrund ihres hohen potenziellen Ertrags, niedrigen Produktionskosten und möglichen Auswirkungen auf die Umwelt.Wenn die künstliche Photosynthese zugänglich und zuverlässig gemacht werden könnte, könnte die Abhängigkeit der Welten von nicht erneuerbaren fossilen Brennstoffen stark reduziert werden.