कावानिश, जपान, १५ नोव्हेंबर, २०२२ /पीआरन्यूजवायर/ — जगाच्या लोकसंख्येतील वाढीमुळे होणारे हवामान बदल, संसाधनांचा ऱ्हास, प्रजातींचे नामशेष होणे, प्लास्टिक प्रदूषण आणि जंगलतोड यांसारख्या पर्यावरणीय समस्या अधिक गंभीर होत आहेत.
कार्बन डायऑक्साइड (CO2) हा एक हरितगृह वायू असून हवामान बदलाच्या प्रमुख कारणांपैकी एक आहे. या संदर्भात, 'कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण (कार्बन डायऑक्साइडचे प्रकाश-क्षपण)' नावाची प्रक्रिया, वनस्पतींप्रमाणेच कार्बन डायऑक्साइड, पाणी आणि सौर ऊर्जेपासून इंधन व रसायनांसाठी सेंद्रिय कच्चा माल तयार करू शकते. त्याच वेळी, ही प्रक्रिया CO2 उत्सर्जन कमी करते, ज्याचा उपयोग ऊर्जा आणि रासायनिक उत्पादनासाठी कच्चा माल म्हणून केला जातो. म्हणूनच, कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण हे सर्वात प्रगत हरित तंत्रज्ञानांपैकी एक म्हणून ओळखले जाते.
एमओएफ (मेटल-ऑरगॅनिक फ्रेमवर्क) हे अजैविक धातू आणि सेंद्रिय लिंकर्सच्या समूहांनी बनलेले अतिसच्छिद्र पदार्थ आहेत. त्यांना मोठ्या पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळासह नॅनो श्रेणीमध्ये आण्विक स्तरावर नियंत्रित केले जाऊ शकते. या गुणधर्मांमुळे, एमओएफचा उपयोग वायू साठवण, विलगीकरण, धातूंचे अधिशोषण, उत्प्रेरण, औषध वितरण, जलशुद्धीकरण, सेन्सर्स, इलेक्ट्रोड्स, फिल्टर्स इत्यादींमध्ये केला जाऊ शकतो. अलीकडेच असे आढळून आले आहे की एमओएफमध्ये CO2 शोषून घेण्याची क्षमता आहे, ज्याचा उपयोग CO2 च्या प्रकाश-क्षपणाद्वारे (फोटोरिडक्शन) सेंद्रिय पदार्थ तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो, ज्याला कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण असेही म्हणतात.
दुसरीकडे, क्वांटम डॉट्स हे अतिसूक्ष्म पदार्थ (०.५-९ नॅनोमीटर) असून त्यांचे प्रकाशीय गुणधर्म क्वांटम रसायनशास्त्र आणि क्वांटम यांत्रिकीच्या नियमांचे पालन करतात. त्यांना "कृत्रिम अणू किंवा कृत्रिम रेणू" म्हटले जाते, कारण प्रत्येक क्वांटम डॉटमध्ये केवळ काही ते हजारो अणू किंवा रेणू असतात. या आकार श्रेणीमध्ये, 'क्वांटम कन्फाइनमेंट इफेक्ट' नावाच्या भौतिक घटनेमुळे इलेक्ट्रॉनच्या ऊर्जा पातळ्या सलग न राहता विभक्त होतात. अशा परिस्थितीत, उत्सर्जित प्रकाशाची तरंगलांबी क्वांटम डॉटच्या आकारावर अवलंबून असते. त्यांच्या उच्च प्रकाश शोषण क्षमतेमुळे, अनेक एक्सायटॉन निर्माण करण्याच्या क्षमतेमुळे आणि मोठ्या पृष्ठभागामुळे, या क्वांटम डॉट्सचा उपयोग कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषणातही केला जाऊ शकतो.
ग्रीन सायन्स अलायन्सने एमओएफ (MOFs) आणि क्वांटम डॉट्स या दोन्हींचे संश्लेषण केले आहे. यापूर्वी, त्यांनी कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषणासाठी एक विशेष उत्प्रेरक म्हणून फॉर्मिक ॲसिड तयार करण्यासाठी एमओएफ-क्वांटम डॉट कंपोझिट्सचा यशस्वीपणे वापर केला आहे. तथापि, हे उत्प्रेरक पावडरच्या स्वरूपात असतात आणि प्रत्येक प्रक्रियेत ही उत्प्रेरक पावडर गाळणीद्वारे गोळा करावी लागते. त्यामुळे, या प्रक्रिया अखंडित नसल्यामुळे, त्याचा प्रत्यक्ष औद्योगिक वापर करणे कठीण आहे.
याला प्रतिसाद म्हणून, ग्रीन सायन्स अलायन्स कंपनी लिमिटेडचे ​​श्री. काजिनो तेत्सुरा, श्री. इवाबायाशी हिरोहिसा आणि डॉ. मोरी र्योहेई यांनी त्यांच्या तंत्रज्ञानाचा वापर करून हे विशेष कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण उत्प्रेरक एका स्वस्त कापडावर स्थिर केले आणि एक नवीन फॉर्मिक ॲसिड संयंत्र सुरू केले. व्यावहारिक औद्योगिक उपयोगांसाठी ही प्रक्रिया सतत चालू ठेवली जाऊ शकते. कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण अभिक्रिया पूर्ण झाल्यावर, फॉर्मिक ॲसिड असलेले पाणी बाहेर काढून त्याचे निष्कर्षण केले जाऊ शकते आणि नंतर कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण पुन्हा सुरू करण्यासाठी भांड्यात नवीन ताजे पाणी टाकले जाऊ शकते.
फॉर्मिक ॲसिड हायड्रोजन इंधनाची जागा घेऊ शकते. हायड्रोजन-आधारित समाजाचा जगभरात स्वीकार होण्यास अडथळा आणणाऱ्या मुख्य कारणांपैकी एक म्हणजे, विश्वातील सर्वात लहान अणू असलेला हायड्रोजन साठवणे कठीण आहे आणि हायड्रोजनचा एक पूर्णपणे सीलबंद जलाशय बांधणे खूप महाग ठरेल. याव्यतिरिक्त, हायड्रोजन वायू स्फोटक असू शकतो आणि त्यामुळे सुरक्षेचा धोका निर्माण होऊ शकतो. फॉर्मिक ॲसिड द्रव स्वरूपात असल्यामुळे ते इंधन म्हणून साठवणे खूप सोपे आहे. आवश्यक असल्यास, फॉर्मिक ॲसिड जागेवरच हायड्रोजन तयार करण्यासाठी अभिक्रियेला उत्प्रेरित करू शकते. याव्यतिरिक्त, फॉर्मिक ॲसिडचा उपयोग विविध रसायनांसाठी कच्चा माल म्हणून केला जाऊ शकतो.
जरी कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषणाची कार्यक्षमता सध्या खूपच कमी असली तरी, ग्रीन सायन्स अलायन्स कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी आणि खऱ्या अर्थाने उपयोजित कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण सादर करण्यासाठी लढा देत राहील.