कावानिशी, जपान, १५ नोव्हेंबर, २०२२ /पीआरन्यूजवायर/ — लोकसंख्या विस्फोटामुळे जगभरात हवामान बदल, नैसर्गिक 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 (CO2 प्रकाश-क्षपण)' नावाची प्रक्रिया, वनस्पतींप्रमाणेच CO2, पाणी आणि सौर ऊर्जेपासून इंधन आणि रसायनांसाठी सेंद्रिय कच्चा माल तयार करू शकते. त्याच वेळी, यामुळे CO2 उत्सर्जन देखील कमी होते, कारण ऊर्जा आणि रासायनिक संसाधनांच्या उत्पादनासाठी CO2 चा कच्चा माल म्हणून वापर केला जातो. म्हणूनच, कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषणाला नवीनतम हरित तंत्रज्ञानांपैकी एक मानले जाते.
एमओएफ (मेटल ऑरगॅनिक फ्रेमवर्क्स) हे अजैविक धातू आणि सेंद्रिय लिंकर्सच्या समूहांनी बनलेले अतिसच्छिद्र पदार्थ आहेत. त्यांना नॅनोमीटर श्रेणीतील आण्विक स्तरावर नियंत्रित केले जाऊ शकते आणि त्यांचा पृष्ठभाग मोठा असतो. या गुणधर्मांमुळे, एमओएफचा उपयोग वायू साठवण, विलगीकरण, धातूंचे अधिशोषण, उत्प्रेरण, औषध वितरण, जलशुद्धीकरण, सेन्सर्स, इलेक्ट्रोड्स, फिल्टर्स इत्यादींमध्ये केला जाऊ शकतो. अलीकडे, एमओएफमध्ये CO2 शोषून घेण्याची क्षमता असल्याचे आढळून आले आहे, ज्यामुळे प्रकाश-क्षपण होऊन CO2 तयार होऊ शकतो, म्हणजेच कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण.
दुसरीकडे, क्वांटम डॉट्स हे अतिशय पातळ पदार्थ (०.५-९ नॅनोमीटर) आहेत, ज्यांचे प्रकाशीय गुणधर्म क्वांटम रसायनशास्त्र आणि क्वांटम यांत्रिकीच्या नियमांनुसार असतात. त्यांना "कृत्रिम अणू किंवा कृत्रिम रेणू" म्हटले जाते, कारण प्रत्येक क्वांटम डॉटमध्ये फक्त काही किंवा काही हजार 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 डॉट्सच्या 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 अलायन्स अंतर्गत एमओएफ (MOFs) आणि क्वांटम डॉट्स या दोन्हींचे संश्लेषण करण्यात आले आहे. यापूर्वी, त्यांनी कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषणासाठी एक विशेष उत्प्रेरक म्हणून फॉर्मिक ॲसिड तयार करण्यासाठी एमओएफ क्वांटम डॉट संमिश्र पदार्थांचा यशस्वीपणे वापर केला आहे. तथापि, हे उत्प्रेरक चूर्ण स्वरूपात असतात आणि प्रत्येक प्रक्रियेत हे उत्प्रेरक चूर्ण गाळण प्रक्रियेद्वारे गोळा करावे लागते. त्यामुळे, या प्रक्रिया अखंडित नसल्यामुळे, त्यांचा व्यावहारिक औद्योगिक वापरासाठी उपयोग करणे अवघड आहे.
याला प्रतिसाद म्हणून, ग्रीन सायन्स अलायन्स कंपनी लिमिटेडचे ​​श्री. तेत्सुरा काजिनो, श्री. हिरोहिसा इवाबायाशी आणि डॉ. र्योहेई मोरी यांनी त्यांच्या तंत्रज्ञानाचा वापर करून हे विशेष कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण उत्प्रेरक स्वस्त कापडी शीटवर स्थिर केले आणि फॉर्मिक ॲसिडच्या उत्पादनासाठी एक नवीन प्रक्रिया विकसित केली, जी व्यावहारिक औद्योगिक उपयोगांमध्ये सतत चालू शकते. कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण अभिक्रिया पूर्ण झाल्यावर, फॉर्मिक ॲसिड असलेले पाणी निष्कर्षणासाठी बाहेर काढले जाऊ शकते आणि कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण सतत पुन्हा सुरू करण्यासाठी भांड्यात नवीन ताजे पाणी परत टाकले जाऊ शकते.
फॉर्मिक ॲसिड हायड्रोजन इंधनाची जागा घेऊ शकते. जगभरात हायड्रोजन समाजाच्या प्रसाराला अडथळा आणणाऱ्या मुख्य कारणांपैकी एक म्हणजे, हायड्रोजन हा विश्वातील सर्वात लहान अणू आहे, त्यामुळे तो साठवणे कठीण आहे आणि उच्च सीलिंग क्षमतेच्या हायड्रोजन टाकीचे उत्पादन खूप महाग असेल. याव्यतिरिक्त, हायड्रोजन वायू स्फोटक असू शकतो आणि त्यामुळे सुरक्षेचा धोका निर्माण होऊ शकतो. फॉर्मिक ॲसिड द्रव स्वरूपात असल्याने, ते इंधन म्हणून साठवणे सोपे आहे. आवश्यक असल्यास, जागेवरच हायड्रोजनच्या उत्पादनाला उत्प्रेरित करण्यासाठी फॉर्मिक ॲसिडचा वापर केला जाऊ शकतो. याव्यतिरिक्त, फॉर्मिक ॲसिडचा वापर विविध रसायनांसाठी कच्चा माल म्हणून केला जाऊ शकतो.
जरी कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषणाची कार्यक्षमता अजूनही कमी असली तरी, कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषणाचे व्यावहारिक उपयोग प्रस्थापित करण्यासाठी कार्यक्षमतेत सुधारणा करण्याकरिता ग्रीन सायन्स अलायन्स लढा देत राहील.