Quang hợp nhân tạo là gì?

Thực vật có được năng lượng của chúng theo cách mà rất khác với cách mọi người có được năng lượng.Khi một con người cần năng lượng, anh ta ăn thức ăn.Khi một nhà máy cần năng lượng, nó sử dụng quá trình quang hợp để lấy carbon dioxide từ môi trường và sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi nó thành đường, đây là loại năng lượng cần thiết để tiếp tục sống.Các nhà khoa học đã làm việc để tái tạo quá trình quang hợp, cố gắng khai thác năng lượng của Suns theo cách mới, hiệu quả và thân thiện về mặt sinh thái, và nghiên cứu quang hợp nhân tạo đã mang lại kết quả thú vị.Khả năng sản xuất quang hợp nhân tạo được công bố lần đầu tiên vào năm 2000, mặc dù nghiên cứu đã ở giai đoạn lập kế hoạch trước đó.Các nhà nghiên cứu dựa vào hiệu ứng Honda-Fujishima, được phát hiện vào năm 1953 và sử dụng titan dioxide làm chất xúc tác quang.Một chất xúc tác quang tốc tăng tốc các quá trình liên quan đến ánh sáng và, trong trường hợp này, năng lượng. Vì quan tâm khoa học và kinh doanh đối với quang hợp nhân tạo và mong muốn các sản phẩm mới tiềm năng có thể xuất phát từ nó, lĩnh vực nghiên cứu chia thành hai mặt.Điều này tạo ra hai kết quả khác nhau: các tế bào quang hóa và pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm.Mỗi tế bào hoạt động theo các nguyên tắc khác nhau nhưng cố gắng đạt được kết quả tương tự: năng lượng quang hợp nhân tạo có thể được khai thác và lưu trữ để sử dụng sau này, điều này sẽ làm giảm sự phụ thuộc của thế giới vào các nguồn năng lượng không thể đổi mới.Dòng điện của nước để tạo ra hydro và oxy trong một quá trình gọi là điện phân.Điện sau đó có thể được lưu trữ trong hydro, đó là một chất mang năng lượng, có thể sử dụng năng lượng sau này, chẳng hạn như trong pin.Có hai loại PEC, một loại sử dụng bề mặt bán dẫn để hấp thụ năng lượng mặt trời và giúp phân chia các phân tử nước để sử dụng năng lượng.Các loại khác sử dụng kim loại hòa tan để thu hút năng lượng mặt trời và bắt đầu quá trình quang hợp nhân tạo.Các chất xúc tác kim loại phổ biến nhất cho loại phản ứng này là coban và rhodium.Các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã tìm thấy những kim loại này là hiệu quả nhất cho loại công việc này.Các loại tế bào khác đang được nghiên cứu, pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm, đôi khi được gọi là tế bào gratzel hoặc tế bào graetzel.Giống như PEC, các tế bào quang hợp nhân tạo nhạy cảm với thuốc nhuộm sử dụng chất bán dẫn để thu thập năng lượng, thường là silicon.Trong các tế bào nhạy cảm với thuốc nhuộm, chất bán dẫn được sử dụng để vận chuyển năng lượng thu thập và các quang điện tử, hoặc các hạt năng lượng, được tách ra và khai thác bằng thuốc nhuộm đặc biệt.Các tế bào gratzel được coi là hình thức quang hợp nhân tạo hiệu quả nhất hiện có, cũng như hiệu quả nhất để sản xuất.Các nhược điểm chủ yếu là do các lo ngại về nhiệt độ liên quan đến thuốc nhuộm chất lỏng, bởi vì chúng có thể đóng băng ở nhiệt độ thấp hơn và ngừng sản xuất năng lượng, và mở rộng ở nhiệt độ cao hơn và phá vỡ.Nghiên cứu vẫn đang được thực hiện trong lĩnh vực quang hợp nhân tạo, đặc biệt là theo đuổi việc tìm kiếm các chất xúc tác tốt hơn và cơ chế vận chuyển năng lượng.Mặc dù chúng không phải là hình thức sản xuất năng lượng hiệu quả nhất hiện có, nhưng vẫn có sự quan tâm lớn đối với chúng vì năng suất tiềm năng cao, chi phí sản xuất thấp và ý nghĩa có thể có đối với môi trường.Nếu quá trình quang hợp nhân tạo có thể được tiếp cận và đáng tin cậy, thì sự phụ thuộc của thế giới vào nhiên liệu hóa thạch không thể tái tạo có thể giảm đáng kể.