KAWANISH, Japó, 15 de novembre de 2022 /PRNewswire/ — Els problemes mediambientals com el canvi climàtic, l'esgotament dels recursos, l'extinció d'espècies, la contaminació per plàstics i la desforestació causada per l'augment de la població mundial són cada cop més urgents.
El diòxid de carboni (CO2) és un gas d'efecte hivernacle i una de les principals causes del canvi climàtic. En aquest sentit, un procés anomenat "fotosíntesi artificial (fotorreducció del diòxid de carboni)" pot produir matèries primeres orgàniques per a combustible i productes químics a partir de diòxid de carboni, aigua i energia solar, tal com fan les plantes. Alhora, redueixen les emissions de CO2, que s'utilitzen com a matèria primera per a la producció d'energia i productes químics. Per tant, la fotosíntesi artificial es coneix com una de les tecnologies verdes més avançades.
Els MOF (estructures metall-orgàniques) són materials superporosos compostos per clústers de metalls inorgànics i enllaços orgànics. Es poden controlar a nivell molecular en el rang nano amb una gran superfície. A causa d'aquestes propietats, els MOF es poden aplicar en l'emmagatzematge de gasos, la separació, l'adsorció de metalls, la catàlisi, l'administració de fàrmacs, el tractament d'aigües, sensors, elèctrodes, filtres, etc. Recentment s'ha descobert que els MOF tenen la capacitat de capturar CO2, que es pot utilitzar per produir substàncies orgàniques mitjançant la fotoreducció de CO2, també coneguda com a fotosíntesi artificial.
Els punts quàntics, en canvi, són materials ultraminuts (0,5–9 nanòmetres) amb propietats òptiques que obeeixen les regles de la química quàntica i la mecànica quàntica. S'anomenen "àtoms artificials o molècules artificials" perquè cada punt quàntic consta de només uns pocs o milers d'àtoms o molècules. En aquest rang de mida, els nivells d'energia dels electrons ja no són continus i se separen a causa d'un fenomen físic conegut com a efecte de confinament quàntic. En aquest cas, la longitud d'ona de la llum emesa dependrà de la mida del punt quàntic. Aquests punts quàntics també es poden aplicar en la fotosíntesi artificial a causa de la seva alta capacitat d'absorció de llum, la capacitat de generar múltiples excitons i la gran superfície.
Tant els MOF com els punts quàntics han estat sintetitzats per la Green Science Alliance. Anteriorment, han utilitzat amb èxit compostos de MOF i punts quàntics per produir àcid fòrmic com a catalitzador especial per a la fotosíntesi artificial. Tanmateix, aquests catalitzadors es troben en forma de pols i aquestes pols catalitzadores s'han de recollir per filtració en cada procés. Per tant, és difícil aplicar-los a un ús industrial real perquè aquests processos no són continus.
En resposta, el Sr. Kajino Tetsuro, el Sr. Iwabayashi Hirohisa i el Dr. Mori Ryohei de Green Science Alliance Co., Ltd. van utilitzar la seva tecnologia per immobilitzar aquests catalitzadors especials de la fotosíntesi artificial en un teixit tèxtil econòmic i van obrir una nova planta d'àcid fòrmic. El procés es pot executar contínuament per a aplicacions industrials pràctiques. Un cop finalitzada la reacció de fotosíntesi artificial, es pot treure i extreure l'aigua que conté àcid fòrmic, i després es pot afegir aigua fresca nova al recipient per continuar la represa de la fotosíntesi artificial.
L'àcid fòrmic pot substituir el combustible d'hidrogen. Una de les principals raons que frenen l'adopció mundial d'una societat basada en l'hidrogen és que l'hidrogen, l'àtom més petit de l'univers, és difícil d'emmagatzemar i seria molt car construir un reservori d'hidrogen ben segellat. A més, el gas hidrogen pot ser explosiu i representar un perill per a la seguretat. És molt més fàcil emmagatzemar els àcids fòrmics com a combustible perquè són líquids. Si cal, l'àcid fòrmic pot catalitzar la reacció per produir hidrogen in situ. A més, l'àcid fòrmic es pot utilitzar com a matèria primera per a diversos productes químics.
Tot i que l'eficiència de la fotosíntesi artificial encara és molt baixa, la Green Science Alliance continuarà lluitant per augmentar l'eficiència i introduir una fotosíntesi artificial realment aplicada.