Naturlig fotosyntes är inte alltid särskilt effektiv. När forskare härmar det, de försöker göra processerna mycket mer effektiva. Kredit:Colourbox
Med energi från solen, ett speciellt enzym kan omvandla CO 2 molekyler till myrsyra. Detta kan både ta bort CO 2 och förse oss med något mer användbart.
Växternas fotosyntes är ett av naturens många underverk. Att använda energin från solljuset, koldioxid (CO 2 ) och vatten omvandlas till socker och andra kolhydrater, samt syre.
Detta görs genom en rad kemiska processer. Genom att efterlikna delar av eller hela fotosyntesen, kanske vi kan släppa ut mindre CO 2 eller fånga något av det som svävar runt i luften?
Över hela världen, forskare inspireras av fotosyntesen. En av dem är kemisten Kaiqi Xu vid universitetet i Oslo.
"Vi vill använda artificiell fotosyntes eftersom naturlig fotosyntes inte alltid är särskilt effektiv, " säger Xu.
Han säger inte detta för att undergräva naturens eget kemiska laboratorium, men det råder ingen tvekan om att det finns utrymme för förbättringar. Till exempel, växterna utnyttjar bara 1-2 procent av solljuset. En solcell av kisel använder mellan 15 och 24 procent.
"Naturlig fotosyntes kan producera socker från CO2 och vatten. Vi vill producera något mer användbart, " Xu berättar för Titan.uio.no.
Hans doktorsexamen är ett litet steg på vägen mot vad som kan vara en möjlighet att kontrollera CO2-nivåerna.
Enzym från virus eller bakterier
Xu har undersökt ett enzym som kan omvandla CO 2 till myrsyra, ett ämne som används i flera industriformer.
Enzymer är en typ av protein som fungerar som katalysatorer i biologiska processer, både i din kropp, i växter och överallt annars. Dessa har specialiserat sig på att driva fram mycket specifika reaktioner.
Det finns otaliga olika enzymer. Xu kallar sitt enzym för ett syretolerant formiatdehydrogenas, och det tillhör en grupp som kallas FDH-enzymer.
"Enzymet vi använder produceras av bakterier eller virus, men jag tror också att vissa forskare använder FDH-enzymer direkt från växter, " säger Xu.
Under rätt omständigheter, Xus FDH-enzym kan ta tag i CO 2 molekyl och omvandla den till myrsyra. Men för detta krävs energi.
Samma sak händer i en solcell
Han får energin från ett nanorör gjord av tantalnitrid, Ta 3 N 5 , där varje molekyl består av tre atomer av grundämnet tantal och fem kväveatomer.
"Tantalnitrid är en halvledare med unika egenskaper. Den kan absorbera solljus och omvandla det till energi som kan användas direkt av oss, " Xu förklarar.
När solljuset träffar tantalnitrid, en exakt lämplig mängd energi avges. Det är samma sak som händer i en solcell. En elektron hoppar ut, men där en solcell vill kastar elektronen in i en krets, Xu vill att den ska driva de kemiska reaktionerna i FDH-enzymet.
"Enzymet kan fånga elektroner som genereras från tantalnitrid och sedan utföra reaktionen, " säger Xu.
Det är ingen slump att han använder tantalnitrid i sin forskning.
"Tantalnitrid uppfyller många av kraven för att utföra fotosyntes, " säger Xu.
Dels för att den har ett bandgap på 2,1 elektronvolt. Bandgap är den energi som behövs för att få en elektron ur sitt grundtillstånd. Denna energi på 2,1 elektronvolt kan driva den övergripande fotosyntesprocessen, inklusive energin som enzymet behöver för att fungera.
"Då kan detta enzym omvandla CO 2 till myrsyra, en komposition som är mycket mer värdefull, " säger Xu.
Dessutom, vi kan bli av med lite CO 2 , självklart, vilket inte är någon nackdel när det gäller klimatförändringar.
Kan fånga CO 2
Xu gör mycket små rör med tantalnitrid. Så små att de är på nanonivå. Nano betyder en miljarddel.
"Vi gör nanorör av tantalnitrid eftersom rör har en mycket stor yta och därmed kan absorbera mer solljus."
Kanske kan tekniken i framtiden bidra till CO 2 fånga.
"Om vi kan göra det till ett tunt lager, vi kan sätta den på tak och väggar som sedan hjälper till att fånga upp CO 2 , " säger Xu.
"Mycket vi inte vet"
Men det krävs mycket forskning innan vi når dit. Xus FDH-enzym har fortfarande många hemligheter.
"Nu vet vi lite om detta enzym, men det finns fortfarande mycket vi inte vet, " han säger.
"Om vi kan få ännu bättre insikt i enzymet och om vi kan härma det, vi kan göra detta i större skala. Då kan det definitivt hjälpa till att kontrollera CO 2 nivå."
"Om vi kan göra det ännu mer effektivt, det kan överträffa funktionen hos gröna växter, " säger Xu.
