To wygląda jak przełom. Naukowcy stworzyli biohybrydowy liść, który przekształca światło i dwutlenek węgla w paliwo.
Wygląda niepozornie, ale jego możliwości są naprawdę imponujące. Naukowcy zbudowali pierwszy półsztuczny liść, który łączy organiczne półprzewodniki z enzymami i w warunkach laboratoryjnych produkuje wodór lub mrówczan ze światła słonecznego, wody i dwutlenku węgla. Biohybryda działa bez żadnych kabli, wysokich napięć czy elektrod. To potencjalny skok w stronę zielonej chemii i fotosyntezy nowej generacji.
Zgrabne połączenie biologii z elektroniką
Naturalne liście przekształcają światło w energię chemiczną w procesie fotosyntezy. Naukowcy od lat próbują naśladować ten mechanizm, tworząc tzw. sztuczne liście. Jednak dotychczasowe rozwiązania bardzo często wymagały kosztownych metali, złożonych elektrod lub warunków laboratoryjnych trudnych do utrzymania. Tym razem udało się stworzyć system, który nie tylko działa bez zewnętrznych źródeł prądu, ale też wykorzystuje całkowicie organiczne materiały i enzymy do produkcji paliw.
Najważniejszym elementem tego układu są półprzewodniki organiczne – materiały, które pod wpływem światła mogą generować nośniki ładunku (dziury i elektrony), podobnie jak krzem w panelach słonecznych, ale zbudowane na bazie węgla. W badaniu wykorzystano cienkie warstwy takich materiałów, by wywołać tzw. fotonapięcie, czyli różnicę potencjałów powstającą na granicy dwóch faz. Właśnie to napięcie napędza reakcje chemiczne.
Enzymy robią większość roboty
Zamiast metalowych elektrod, układ korzysta z enzymów: dehydrogenazy mrówczanowej i hydrogenazy. Obie cząsteczki pochodzą z mikroorganizmów i są naturalnie przystosowane do przekształcania elektronów w użyteczne związki chemiczne – w tym przypadku mrówczan (kwas mrówkowy) i wodór. W zależności od użytego enzymu i konfiguracji półprzewodników system może wytwarzać jedno z tych dwóch paliw. Proces nie wymaga żadnych elektrod – reakcja zachodzi bezpośrednio na powierzchni półprzewodnika, a cały układ działa bez przyłożonego prądu. Wystarczy światło słoneczne, woda i CO2.
Jak czytamy w artykule opublikowanym przez zespół, cały układ działa w roztworze wodnym przy łagodnych warunkach chemicznych. Reakcje nie wymagają wysokich temperatur ani ciśnień. Samo urządzenie można więc uznać za formę biohybrydy – łączy komponenty biologiczne i elektroniczne w jednym układzie, który działa analogicznie do żywego organizmu, ale opiera się na sztucznie zaprojektowanej architekturze.
To biohybryda przyszłości
Półsztuczny liść to nie tylko koncepcje czy pomysły. Badacze udowodnili, iż system działa wydajnie, a jednocześnie jest możliwy do dalszej miniaturyzacji i skalowania. To ważne w kontekście przyszłości zeroemisyjnych źródeł paliwa, biotechnologii i produkcji chemikaliów w sposób przyjazny dla środowiska.
Choć do pełnego wdrożenia jeszcze daleka droga, półsztuczny liść to dowód na to, iż łączenie biologii i nanotechnologii może przynieść praktyczne, czyste i samowystarczalne rozwiązania energetyczne. Być może w przyszłości, zamiast wielkich reaktorów chemicznych, będziemy korzystać z inteligentnych liści, które pod wpływem słońca same produkują potrzebne paliwa i związki.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
