Nová umělá fotosyntéza je desetkrát účinnější  
Přírodní fotosyntéza není špatná, ale k dokonalosti má daleko. Katalyzátoroví čarodějové vytvořili systém založených na MOZích (Metal-Organic-Zyme), což jsou kovoorganické kostry MOFy okořeněné biomimetickými aktivními centry, v podstatě kovoorganické enzymy. Nový fotosyntetický systém vyrábí z oxidu uhličitého a vody metan, kyslík (a oxid uhelnatý).
Umělá fotosyntéza. Kredit: Peter Allen.
Umělá fotosyntéza. Kredit: Peter Allen.

Lidé po celá staletí průmyslové revoluce spoléhají na fosilní paliva. Bylo to jízda, ale do nekonečna to nepůjde. Jednou z možných alternativ ke spalování dávné organické hmoty je fotosyntéza. Zelené a jinak barevné organismy dovedou těžit solární energii a proměňovat ji na organickou hmotu.

 

Wenbin Lin. Kredit: University of Chicago.
Wenbin Lin. Kredit: University of Chicago.

Postupně se ale ukázalo, že tradiční přírodní fotosyntéza nestačí. Není ostatně dokonalá, to je na první pohled vidět. Fotosyntetické komponenty nenavrhoval žádný mystický inženýr, ale ukuchtila je evoluce, slepá šmudla, která až bolestně často nenachází globálně optimální řešení.

 

Řešením by se mohla stát umělá fotosyntéza, syntetický proces, který napodobuje přírodní postup. Původní fotosyntetický aparát je ale hodně složitý a není snadné ho vytvořit v laboratorních podmínkách. Přesto jsme svědky významných objevů a slibných technologií. Na rozdíl od přírodní kyslíkové fotosyntézy, která vyrábí cukr z oxidu uhličitého a vody, může umělá fotosyntéza vyrábět etanol, metan nebo jiná paliva.

 

Logo. Kredit: University of Chicago.
Logo. Kredit: University of Chicago.

Chemik Wenbin Lin z americké University of Chicago a jeho kolegové vyvinuli pozoruhodný nový systém umělé fotosyntézy, který své předchůdce poráží výkonem o řád. Je to ohromné zlepšení, ale nebylo to jen tak. Klíčem k úspěchu podle nich bylo detailní prostudování a objasnění příslušných mechanismů na molekulární úrovni.

 

Ve fotosyntetickém systému Linova týmu se uplatnila kovoorganická kostra čili koordinační polymer MOF (podle anglického Metal-Organic Framework). Oproti dosavadním fotosyntetickým systémům použili jako zajímavé vylepšení aminokyseliny, které navázali k jednovrstevnému MOFu. Vznikl pozoruhodný komplex MOZ (Metal-Organic-Zyme), v němž fungují aktivní centra, podobně jako u přírodních enzymů.

 

Badatelé optimalizovali několik MOZů s mírně odlišným chemickým složením a vytvořili velice efektivní systém umělé fotosyntézy, který vyrábí z oxidu uhličitého a vody metan, kyslík a oxid uhelnatý. K praktickému využití ještě zbývá dlouhá cesta, ale již teď jde o průlomovou technologii, která by se mohla prosadit i u dalších průmyslových chemických reakcí.

 

Literatura

University of Chicago 10. 11. 2022.

Nature Catalysis online 10. 11. 2022.

Datum: 14.11.2022
Tisk článku

Související články:

Umělá fotosyntéza požírá skleníkové plyny a vyrábí energii     Autor: Stanislav Mihulka (13.05.2017)
Bakteriální nanokyborgové porážejí přírodní fotosyntézu     Autor: Stanislav Mihulka (23.08.2017)
Poloumělá fotosyntéza kombinuje sílu přírody s důmyslnou chemií     Autor: Stanislav Mihulka (06.09.2018)



Diskuze:

Účinnost Jaká ? Koho ? Čí?

Mojmir Kosco,2022-11-19 08:51:32

Pravidlem by mělo být porovnání alespoň přibližně stejných věcí. Pominuli fakt že výsledkem fotosyntézy je organika zatímco zde energie( nevím v jaké formě ) tak:

fyzikální účinnost záchytu fotonu v receptoru tj. v chlorofylu je 99% ,
následná její proměna na energii pro přenášeče je cca 70% ,
dále proměnu a uložení pro další dlouhodobou spotřebu klidně za několik let je 38 %,

Následné zpracovaní pro udržení dalšího chodu procesů (ekvivalent vytěžení a postavení dalšího panelu ) je cca 1,5 až 3 % .

A tady je zakopaný pes, měla by se porovnávat fyzikální účinnost 99% případně vstup do dalšího procesu uskladnění což je 70% energie.

Odpovědět


Re: Účinnost Jaká ? Koho obrat? Všechny!!

Josef Hrncirik,2022-11-20 10:08:32

Již Jára da ... pozoroval, že po vyhození profláklých MOZů do temnot septiku, se uvolnilo významné množství CH4, srovnatelné jen se sabotágemi NS I-IV.
Chybně však předpokládal, že jde o pouhou disproporcionaci zhrzených MOZ běžnými ušmudlanými enzymy an aerobního rozkladu.
Mohlo jít i methanové kvašení BIH, (sacrificed agent Šmied) pro sichr přidávaného vždy do zápary, spolu s jistícími DMF i DMA vždy v tajných dávkách tajných. Nešlo to však bez krve. MOZky bylo nutno okořenit heminem vázajícím spolehlivě meziprodukt CO. Co ž použil již MuDr, Mendele.
V tab. výsledků na s. 66 suppl se pochopitelně často objevuje jen: homo control, not reported či častěji jen jasné: not mentioned!
Nejvyšší kvantový výtěžek redukce CO2 byl uveden 1,8%fot/e- do CH4 , ale pokud byl vyždímán z BIH či heminu, no comment. QV je pro oxidaci vody 4,7% ale jen s obětovaným agentem K2S2O8. Jára však agenta K2S2O8 přinutil flutuovat O2 i v bezduchých tmách septiku tj. při QV = oo.

Odpovědět


Re: Účinnost Jaká ? Koho ? Čí ? Za co soudruzi imperialisté ?

Josef Hrncirik,2022-11-20 12:33:51

Za dolar na neumořitelný dluh, finanční an alfabete!
Protože byly měřeny QV zvlášť pro redukční děj a oxidační a byly jiné, bylo to tedy o ochotě na obě tované agenty. Tyto výsledky jsou dobré jen na 2 vjeci. Porovnání v řadě katalyzátorů redukce a oxidace, ev. v řadě agentů. Je to vlastně o tom jak a v jaké koncentraci mařím agenty. To si zrovna můžu doma přímo, (ale nevědecky) topit vzájemným vybíjením ox. a redox. agentů.
No com. ment.
Pro zmatení přátel sebevražednou palbou jsou uvedeny hodnoty TOF těchto sebebratrovražedných bojů, ha ha bez jasného obsahu drahého Ir v kat i lyzátoru kvůli čórce.
Slepá šmudla oxiduje vodu s TOF cca 500 HZ O2/klastr CaMn5 a opravuje přitom chyby z oxidace P680 vznikající frekvencí cca 1/50´, tj. mezi opravami stihne uvolnit cca 1,5 mil. O2, tj. TON = 1,5 M/klastr. Redukční aparát má sice pomalejší, ale je robustnější. Dokáže pracovat v čistě vodném prostředí, při velmi nízké koncentraci CO2 a vysoké koncentraci obvykle rušícího O2.

Mozky ani s kni hovnami aminokyselin PRAVDĚ PODOBNĚ SE VŮBEC ANI NEPOKUSILY PROVÁDĚT SOUČASNĚ REDUKCI I OXIDACI (tj. fotosyntézu bez současného holocaustu agentů všeho druhu za vzniku třaskavého plynu a při urychlené oxidaci kat. i senz., jinak by se bezectně chlubili třaskavou analýzou a TONy i TOFy ev. mizernou QW).

Trhy ocení šikovnou anihilaci Ir a vzniklou pa niku.
Publish or Perish, vykřikuje Slepá Šmudla!
No com..

Odpovědět

Fotosyntéza co2 a ribulozofosfát

jaroslav mácha,2022-11-17 11:04:08

čili řasy, sinice a jiné rostliny se dá vylepšit cestou, kterou ukazují C4 rostliny. Zvýšit koncentraci CO2. Hnojení CO2 je vysoce účinné, dokonce současné zvýšení jeho koncentrace průmyslem zvýšilo zemědělské výnosy asi o 10% a vede k zelenání zeměkoule. Současně to vede k expanzi lesů (C3 rostliny) na úkor stepí s C4 trávami. A vznik C4 fotosyntézy je důsledkem asi třicetinásobného poklesu CO2 v geologické minulosti. Evoluční biologové mohou tvrdit, že vznik technické civilizace s produkcí CO2 je reakcí na odčerpávání uhlíku z atmosféry aneb že se příroda brání vymizení života.

Odpovědět


Re: Fotosyntéza co2 a ribulozofosfát

Pavel Aron,2022-11-18 14:36:36

Zajímavá úvaha.

Odpovědět

"slepá šmudla"

Eva M,2022-11-16 12:00:34

tož nebylo by výhodnější nějak využít tu "slepou šmudlu", když už ukuchtila cosi pro nás nejedovatého?

/furt mám dojem, že s nějakým tím planktonem a pod. by to mohlo fungovat.../

Odpovědět

Katalyzátor nemění výtěžek.

jaroslav mácha,2022-11-16 11:51:21

Rovnováha reakce je dána energetickým obsahem reaktantů a produktů a jejich koncentrací. Takže evoluce nemohla zvýšit výtěžek fotosyntézy účinější katalýzou, ovšem uspěla zvýšením koncentrace CO2. C4 rostliny ukládají CO2 jako čtyřuhlíkaté kyseliny v mezofylu a transportují je do uzavřeného prostotu kolem cév (do svazku buněk obalu cév), kde CO2 uvolňují. CO2 pumpa sice vyžaduje vynaložení energie, ale zisk z posunu rovnováhy reakce mezi CO2 a ribulozofosfátem to víc než vynahradí. Problémem fotosyntézy je, že rovnováha reakce mezi CO2 a ribulozofosfátem nastává při ca 80 ppm CO2, takže reakce běží stejně rychle oběma směry. Proto C4 rostliny tvoří za rok mnohem víc biomasy. Všimměte si na podzim nárůst tykve.

Odpovědět

Tak tohle na fotosyntezu nema

Martin Dolejš,2022-11-15 18:43:45

Fotosynteza je soucasti sobestacneho celku, ktery ma udrzitelnost bez vnejsiho zasahu nekolik stovek milionu let. Tohle je samo o sibe nefunkcni. Musi to nekdo udrzovat a resit vstupy, ktere nejsou soucasti celku, coz znamena ze je to mene ucine nez fotosynteza v prirode. Clovek dokaze vyuzivat veci pomoci adaptace jinak nez evoluce, ale nikdy nemuze byt udzitelnejsi a dlouhodobe samo o sobe efektivnejsi, nez evoluce.

Odpovědět


Re: Tak tohle na fotosyntezu nema

Ladislav Truska,2022-11-16 01:41:12

jestli třeba vývoj poznání člověka není součástí evoluce..

Odpovědět


Re: Tak tohle na fotosyntezu nema

Florian Stanislav,2022-11-16 10:17:05

Rostlina typu strom nebo tráva roste sama, nepotřebuje žádnou obsluhu a zařízení udržující její chod. Umělá fotosyntéza potřebuje složité kovorganické sloučeniny jako katalyzátory, proti nim postřik Randupem ( v podstatě rozložitelným) je relativně neškodný. Takže umělá fotosyntéza někde ve zvětšených laboratorních až továrních podmínkách jsou obrovské další náklady na stavby a prostor, kde by stará dobrá fotosyntéza běžela skoro sama.
Účinnost fotosyntézy vzhledem ke slunečnímu záření je řekněme 2%. Doba potřebného slunečního záření je asi 4 hodiny za den, zbytek fotosyntézy probíhá (i) za tmy.
Někde v kosmu může Slunce svítit 24 hodin na umělou fotosyntézu, čili laicky řečeno máme 6x větší účinnost za den, než když jen 4 hodiny fotosyntézy za den.
Výsledná směs CH4, O2 a CO je hodně výbušná směs, ale chladit ji a chránit před výbuchem v kosmu asi lze.
Jestliže umělé fotosyntéze přiřadíme 10x větší účinnost, bude to řekněme 20%, tak je otázka, zda fotovoltaický panel není jednoduší, 20% činnosti má a navíc elektřina je univerzálně použitelná třeba i výrobě tepla uvnitř orbitálních ( lunárních) stanic. A určitě mnohem bezpečnější.
Směs CH4, O2 a CO by snad šla rozdělit (kyslík se určitě využije ve stanici) , methan t.v. -161,6°C a CO t.v. -191,5°C, kyslík t.v. -183°C.
Z CH4 a vodní páry lze vyrobit H2 a CO , H2 + CO je směs použitelná pro výrobu CH3OH, C2H5OH a uhlovodíků. Vodík lze vyrobit elektrolýzou z vody a CO leze vyrobit z CO2.

Jinak řečeno, umělá fotosyntéza je delší, ale za to horší cesta.

Odpovědět


Re: Re: Tak tohle na fotosyntezu nema

Petr Galipoli,2022-11-17 09:03:44

Dobré shrnutí, jen bych si dovolil podotknout, že chlazení je ve vesmíru docela problém. To je jako chladit něco v termosce.

Odpovědět


Re: Re: Re: Tak tohle na fotosyntezu nema

Florian Stanislav,2022-11-17 09:28:55

Ve vesmíru je problém všechno, ale rozdíl teplot je vysoký a tedy i vyzařování.
Wikipedie:
A právě odevzdání tepelné energie ve formě záření je jediný možný způsob jak něco ve vesmíru ochladit. Vědci přišli na to, jak ovlivnit množství tepla přijímaného a odevzdávaného kosmickou lodí pomocí mikro-elektro-mechanických zařízení (takzvané MEMS) tvořících "kůži" vesmírného plavidla.

https://www.aldebaran.cz/bulletin/2020_43_chl.php
" intenzita vyzařování se mění se čtvrtou mocninou termodynamické teploty. Tepelné vyzařování při teplotách kolem pouhých tří set kelvinů (cca 30 °C) je tedy opravdu malé, nikoli však zanedbatelné. Těleso zahřáté na tuto teplotu vyzařuje každým svým metrem čtverečním bezmála 400 J za sekundu."

Odpovědět

Hm 10x větší účinnost

Pavel Aron,2022-11-15 18:00:59

A do té 10x vyšší účinnosti započítali výrobu toho katalyzátoru a těžbu horniny na jeho výrobu ?

Odpovědět


Re: Hm 10x větší účinnost

Ladislav Truska,2022-11-16 01:42:26

řekl bych, že výroba katalyzátoru a těžba horniny s účinností toho procesu nesouvisí...

Odpovědět


Re: Re: Hm 10x větší účinnost

David Nečas,2022-11-16 13:38:37

Záleží na tom, co je proces. Pokud jen ta chemická reakce, tak nesouvisí. Ale druhý pohled je na proces jako celek. Máte blackbox. Jeho vstupy jsou jak sluneční záření, oxid uhličitý, vodu, tak materiály ke konstrukci. To všechno do něj musíte narvat, aby začal produkovat výstupy – kyslík, metan, elektřinu, jedovatý odpad, …, cokoli z něj vystupuje. Materiál ke konstrukci a údržbě lze zanedbat, jen když věc má nekonečnou živostnost a je zcela bezúdržbová.

Odpovědět


Re: Re: Hm 10x větší účinnost

Pavel Aron,2022-11-18 14:38:44

Samozřejmě, že souvisí. A popsali to už diskutující nade mnou. Ta fotosyntéza je totiž udržitelná již stamiliony let. Na rozdíl od tohoto popisovaného pokusu.

Odpovědět

Technický dotaz

Petr Galipoli,2022-11-15 09:44:47

Fakt ta konstrukce produkuje směs metanu, kyslíku a oxidu uhelnatého? Není to trošku výbušně nebezpečné?

Odpovědět


Re: Technický dotaz

Josef Hrncirik,2022-11-15 11:13:41

Je to Jed no.
Otráví Vás anhydrid kyseliny mravenčí.

Odpovědět


Re: Re: Technický dotaz

Josef Hrncirik,2022-11-15 11:16:15

A cena iridia.

Odpovědět

Buy a F-15, (l) NG, Hf, Ir, K2S2O8 (kalium persulfate) and Naturally a Nature article!

Josef Hrncirik,2022-11-15 07:14:54

Odpovědět


Re: Buy a F-15, (l) NG, Hf, Ir, K2S2O8 (kalium persulfate) and Naturally a Nature article!

Josef Hrncirik,2022-11-15 08:46:09

Or perish And Perish!

Odpovědět


Re: Re: Buy a F-15, (l) NG, Hf, Ir, K2S2O8 (kalium persulfate) and Naturally a Nature article!

Josef Hrncirik,2022-11-15 09:07:55

"... A Nature Catalysis study from six chemists at the University of Chicago
shows an innovative new system for artificial photosynthesis
that is more productive than previous artificial systems by an order of magnitude.
Unlike regular photosynthesis, which produces carbohydrates from carbon dioxide and water, artificial photosynthesis could produce ethanol, methane, or other fuels. ..."

Tvrdit, že to je 10x účinnější nelži než-li Allahova Photosynthesa je sprostá klamavá ReK(T)lama!

Odpovědět


Re: Re: Re: Buy a F-15, (l) NG, Hf, Ir, K2S2O8 (kalium persulfate) and Naturally a second Nature article!

Josef Hrncirik,2022-11-20 09:03:05

Přírodní fotosyntéza není špatná š mudla, ale k dokonalosti má daleko. Katalyzátoroví čarodějové a marketingoví zlo ději vytvořili systém založených na MOZích (Metal-Organic-Zyme), což jsou kovoorganické kostry MOFy okořeněné biomimetickými aktivními centry, v podstatě homeopatetické kovoorganické enzymy(s 1 jedinkou molekulou aminokyselinky TM. R). Nový fotosyntetický systém vyrábí z oxidu uhličitého a vody metan, kyslík (a oxid uhelnatý) s malou rychlostí a ú činností, ale zato se rychle rozkládá a mizí ceněné Iridium.

Trhy si žádají Mozilla enzyms TM R. "MOZ"!
Již za týden se v Nature objevil další placený článek NATO téma: Zhang, Y., Phipps, J. & Ma, S.
:Artificial enzymes for artificial photosynthesis.
Nat Catal (2022),https://doi.org/10.1038/s41929-022-00873-5

Za pouhých 32 doláčů. Zdarma však neukazují ani abstrakt, NATOž Supplements na rozdíl od prvního oslího článku, kde je celý byznys road plan uveden takto:

"Biomimetic active sites on monolayered metal–organic frameworks for artificial photosynthesis
Abstract
Enzymes have evolved to catalyse challenging chemical transformations with high efficiency and selectivity. Although a number of artificial systems have been developed to recapitulate the catalytic activity of natural enzymes, they are mostly limited to catalysing relatively simple reactions owing to their ability to mimic only the active metal centres of natural enzymes, without incorporating the proximal amino acids or cofactors. Here we report a metal–organic framework-based artificial enzyme (metal–organic–zyme, MOZ) by integrating active metal centres, proximal amino acids and other cofactors into a tunable metal–organic framework monolayer. We design two libraries of MOZs to perform photocatalytic CO2 reduction and water oxidation reactions. Through tuning the incorporated amino acids! (but only 1!!) in the MOZs, we systematically optimize the activity and selectivity of these libraries vith (20 books vith one leter only)). Buy OUR Reducing MOZ with sacrificing reducing agent and OUR Oxidating MOZ with sacrificing oxidating agent and Ir containing photosenzitizers! Combining all these optimized into a single system realizes complete artificial photosynthesis in the reaction of: (1 + n)CO2 + 2H2O → CH4 + nCO + (2 + n/2)O2
and You sacrifice All Of Them at once with 2 Ffull (20 aminoacids, some of them pure mistakes) Libraries Allso. …"

Slepá (kdysi pouze Lepá) Š Lapka R Evoluce, Šmudla Alma Mater si již nemůže k vúli ůhelným prázdninám dovolit in westovat (vyhodit) ani 32 doláčů do MOZ a tak jsem zBůchdarma zdarma nastudoval 82 s. Suppl. inf., které Kapitálu proklouzly mezi pařáty a kup po divu dají se zdarma z darma stáhnout z kůže. Vidno čta To čto É TO stále jen stejná obehraná pěsnička, kde russké Ruthenium bylo naráz nahraženo Iridiem. Vo co go vidno ze starých textů zdarma např. : … “To further confirm and quantitatively analyze the light-driven oxygen evolution (pozor na malé E!) catalyzed by 1 in the presence of [Ru(bpy)3]2+ as the photosensitizer, the dioxygen evolved in the gas phase was detected with GC (see Figure S7 in the Supporting Information). A TN value of approximately 60 and a TOF value of 0.1 s−1 were obtained for 1 upon irradiation for 60 minutes. When the more strongly oxidizing sensitizers P2 ([Ru(bpy)2(4,4′-(CO2Et)2-bpy)]2+, E[Ru3+/2+]=1.4 V vs. NHE at pH 7.2), and P3 ([Ru(bpy)(4,4′-(CO2Et)2-bpy)2]2+, E[Ru3+/2+]=1.54 V vs. NHE at pH 7.2; see structures and properties of P2 and P3 the Supporting Information) were used, both the initial rate and the TN value of light-driven water oxidation catalyzed by 1 were increased significantly (see Figure S7 in the Supporting Information). The TN values are 420 and 580 with TOF values of 0.77 and 0.83 s−1 in the case of P2 and P3 as sensitizers, respectively. These TN values and TOF values for 1 were much higher than those reported previously for A.12b The quantum yields were found to be 0.7 %, 4.5 %, and 9.7 % in the cases of sensitizers P1, P2, and P3, respectively.
As also found for catalyst A,12b the pH value of the reaction mixture was greatly decreased (to ca. pH 3) during light-driven water oxidation catalyzed by 1, and accompanied by CO2 evolution. As photoinduced ligand oxidation of [Ru(bpy)3]2+ to give CO2 and protons has been reported previously,23 the decrease of the pH value during light-driven water oxidation catalyzed by 1 is a result of the proton accumulation by both water oxidation and photoinduced decomposition of the sensitizer.
It was noted that the catalyst was not dead still active when oxygen evolution had ceased. Oxygen evolution could be resumed up irradiation (see Figure S8 in the Supporting Information) when the reaction mixture was neutralized to pH 7.2. This process was repeated three times, while the rate for O2 evolution became slower after each cycle. Addition of more Na2S2O8 could not revive the system. However, addition of more [Ru(bpy)3]2+ gave rise to renewed oxygen evolution upon irradiation. This outcome means that deactivation is mainly due to the decrease of the pH value and the consumption of sensitizer and acceptor. These results clearly show that 1 is very stable and robust for light-driven water oxidation.
In conclusion, we have demonstrated that complex 1 is the most stable and most active ruthenium-based catalyst for water oxidation reported to date. A record high TN value of more than 10 000 with a high TOF value of 1.2 s−1 has been achieved in the presence of CeIV as the oxidant at pH 1. Furthermore, the overpotential for water oxidation catalyzed by 1 is sufficiently low so that this reaction can be driven by photogenerated [Ru(bpy)3]3+. This work provides a promising lead for developing a complete artificial photosynthetic system by the use of molecular catalysts. Attempts to immobilize 1 onto electrodes for light-driven water splitting are currently in progress. ...".

Tyto systémy však NIKDY nemohou překonat elektrolýzu s ú činností řekněme až 70% (při neekonomicky nízké proudové hustotě kombinovanou s běžnými hydrogenacemi řekněme též s 70% ú- činností návratu chem. energie hydrogenací spotřebovaného H2.

Tak pravil již Zarathusra i Hermes TrisMegestes i Marx.

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace