קיימות
מולקולה חדשה גורמת לפוטוסינתזה מלאכותית להיות קרובה למציאות
Securities.io מקפיד על סטנדרטים מחמירים של עריכה ועשוי לקבל פיצוי מקישורים שנבדקו. איננו יועצי השקעות רשומים וזה אינו ייעוץ השקעות. אנא עיינו באתר שלנו גילוי נאות.
החלפת פוטוסינתזה טבעית
באופן ישיר או עקיף, כמות עצומה מהאנרגיה שאנו משתמשים בה נוצרה באמצעות פוטוסינתזה.
זה נכון, כמובן, לגבי הקלוריות המניעות את גופנו, אבל בסופו של דבר גם לגבי דלקים מאובנים, שהם פשוט פוטוסינתזה "מאוחסנת" מצמחים שמתו לפני עידנים.
לכן, מאמצים רבים להפוך את מערכת האנרגיה והמזון שלנו לירוקה יותר הוקדשו לשיפור הפוטוסינתזה הטבעית או למנף אותו לשימושים חדשים, כמו יצירת דלק ביולוגי מאצות.
בנייתו בקנה מידה גדול עשויה להיות מכרעת בהגבלת ריכוז ה-CO2 העולה באטמוספירה.
אבל מה אם נוכל לחקות את תהליך הפוטוסינתזה מבלי להתעסק עם אורגניזמים חיים? הרי זהו תהליך אלקטרוכימי שאינו בהכרח דורש תאים חיים כדי להתרחש. זוהי ההבטחה של מה שנקרא "פוטוסינתזה מלאכותית".
זה יעלה את היכולת שלנו ללכוד את אנרגיית השמש צעד אחד מעל אנרגיה פוטו-וולטאית, שיכולה "רק" לייצר חשמל מאור השמש, אך לא להשפיע ישירות על תגובות כימיות.
חלה התקדמות מסוימת, בעיקר לקראת ייצור מימן דמוי פוטוסינתזה, אבל נדרשת עבודה נוספת כדי ליצור העתק מקרוב יותר.
כיצד פועלת פוטוסינתזה בטבע
בצמחים, פוטוסינתזה היא, באופן כללי, בצורתה הפשוטה ביותר. תהליך של קליטת CO2 ומים, שימוש באור כמקור אנרגיה וייצור פחמימות וחמצן.
מקור: בריטניקה
במבט ראשון, נראה שניתן לצמצם זאת למשוואה כימית פשוטה מאוד ושכפלה בקלות באופן מלאכותי.
מקור: בריטניקה
זה כבר סיפור אחר כשמסתכלים על איך זה נעשה בפועל.
פוטוסינתזה של צמחים היא למעשה אחת המכונות הביוכימיות המורכבות ביותר, עם עשרות תגובות ביניים, שלל תת-מרכיבים, ולפעמים מנגנונים מולקולריים לא כל כך מובנים הכוללים תנועות אלקטרונים מורכבות.
ההסבר הסינתטי של נושא זה באנציקלופדיית בריטניקה לא פחות מ-10,000 מילים.
מדענים החוקרים זאת נאלצים להתמודד עם סכמות מורכבות למדי כדי להתחיל לקבל סקירה כללית של פוטוסינתזה:
מקור: למידת לומן
בעוד שפוטוסינתזה משמשת בעיקר בטבע ליצירת פחמימות, תיאורטית יכולה לשמש ליישומים רבים אחרים המשתמשים באור כמקור אנרגיה, כמו, למשל, סינתזה של מימן ממים (פוטוקטליזה).
תהליך דומה של תנועת אלקטרונים ויונים המושרה על ידי אור יכול לשמש גם ליצירת סוכרים באופן מלאכותי. זהו הרעיון שעליו עובדים שלושה מדענים באוניברסיטת באזל (שוויץ). הם פרסמו לאחרונה ב-Nature Chemistry.1 את תוצאותיהם בנוגע למולקולה חדשה שניתן להשתמש בה לפוטוסינתזה מלאכותית, תחת הכותרת "הצטברות מטען כפול המושרה על ידי פוטו בתרכובת מולקולרית".
בניית כלורופיל מלאכותי
מולקולות מרובות מטען
פוטוסינתזה טבעית מסתמכת על סדרה של תגובות אלקטרוכימיות. כתוצאה מכך, היא דורשת מה שנקרא מצב מופרד מטען (CSS), שבו מולקולה נושאת בו זמנית מטען חיובי ושלילי.
חשוב לציין, תגובות ליצירת דלק דורשות מספר אלקטרונים, לא רק אחד, שהיו עד כה המערכות הפוטוסינתזה המלאכותיות הטובות ביותר שיכלו להשיג.
להפחתת CO2 בפרט, נראה כי העברת אלקטרונים מרובים חיונית, וזו גם הסיבה שרוב פתרונות הפוטוסינתזה המלאכותיים עד כה התמקדו ביצירת מימן.
כאן התגלית של החוקרים השוויצרים משנה את הדברים, עם יצירת מולקולה מיוחדת שיכולה לייצר ולאגור ארבעה מטענים בו זמנית תחת קרינת אור - שניים חיוביים ושניים שליליים.
מקור: טבע
איך זה עובד?
המולקולה מכילה חלק מרכזי הרגיש לאור ומייצר תנועת אלקטרונים בתגובה. החוקרים נקטו בגישה סדרתית באמצעות שני הבזקי אור.
הבזק האור הראשון פוגע במולקולה ומפעיל תגובה שבה נוצרים מטען חיובי ומטען שלילי, הנעים לעבר הקצה הנגדי של המולקולה.
עם הבזק האור השני, אותה תגובה מתרחשת שוב, כך שהמולקולה מכילה אז שני מטענים חיוביים ושני מטענים שליליים.
מקור: טבע
רגישות משופרת לאור
השלב הרציף, המשתמש באור בתהליך בן שני שלבים, חשוב לא רק כדי לצבור מטען חשמלי כפול בכל קצה של המולקולה, אלא גם כדי להפחית את האנרגיה הנדרשת לכל שלב, מה שמאפשר לו לתפקד בעוצמת אור נמוכה יותר מבעבר.
מקור: טבע
"כתוצאה מכך, אנחנו כבר מתקרבים לעוצמת אור השמש."
מחקרים קודמים דרשו אור לייזר חזק במיוחד, שהיה רחוק מאוד מחזון הפוטוסינתזה המלאכותית."
מדוע מולקולה זו היא צעד מפתח קדימה
תכונה נוספת של מולקולה חדשה זו היא שהיא שומרת על מטעןה למשך זמן ארוך מספיק כדי לשמש להפעלת תגובות כימיות נוספות, פריט חובה בכל מערכת פוטוסינתזה מלאכותית שלמה.
"זיהינו ויישמנו חלק חשוב בפאזל."
אנו מקווים שזה יעזור לנו לתרום לסיכויים חדשים לעתיד אנרגיה בת קיימא."
עם שמירת מטען של 120 מיקרו-שניות (פי אלף עד מיליון יותר טוב מבעבר), זה אמור להספיק לתגובות כימיות, גם אם משך הזמן האידיאלי יימדד בשניות.
אז בהשוואה למולקולות רגישות לאור בעלות מטען יחיד, או מטען מסוג אחד בלבד, שנוסו בניסויים קודמים, זוהי המולקולה המבטיחה ביותר לפיתוח פוטוסינתזה מלאכותית עד כה.
שינויים נוספים בעיצוב עשויים לשפר את יכולתו לפעול בעוצמת אור טבעית או לשמור על מטענים חשמליים למשך זמן רב יותר.
החלק המרכזי הנוסף בתהליך פוטוסינתזה מלאכותי שטרם תוכנן הוא פיגמנט בעל מצבי עירור בעלי אנרגיה גבוהה, כמו גם זרזים מתאימים שיספקו כוח חמצון-חיזור מספיק לפירוק מים או להפחתת CO2.
החלק כדי לגלול →
| שנתי | פריצת דרך | מוסד/חברה | פְּגִיעָה |
|---|---|---|---|
| 2015 | ייצור מימן מלאכותי | מעבדה בברקלי | הוכחת היתכנות לדלק מימן המונע על ידי אור שמש |
| 2020 | זרזים יעילים להפחתת CO2 | מכון המחקר טויוטה | יעילות המרת CO2 לדלק משופרת |
| 2025 | גילוי מולקולות מרובות מטען | אוניברסיטת באזל | מולקולה ראשונה שאוגרת ארבעה מטענים לפוטוסינתזה מלאכותית |
השקעה בחדשנות בת קיימא
דופונט
(DD )
DuPont היא חברת כימיקלים ענקית עם כימיקלים ממותגים חשובים רבים, כגון קבלר, קלקר, נומקס (כיבוי אש), גרייט סטאפ (דבק בנייה) וכו'. מחקר הפולימרים המתקדם שלה ומותגי חומרי ההגנה שלה יכולים למצב אותה כך שתפיק תועלת מטכנולוגיות מטא-חומרים מבוססות רשת כפולה.
דופונט היא תאגיד ותיק עם היסטוריה מורכבת של רכישות, ולאחרונה, סדרה של ספין-אופים.
מקור: דופונט
חברות ספין-אוף אלו הפרידו מדופונט את מחלקות התזונה והביו-מדעים, ונמכרו חלקית ל-Corteva Biosciences (CTVA -0.95%), מוצרי טיטניום כדי להקים את חברת Chemours (CC 1.05-%), וניידות.
זה גם ייפרד מעסקי הכימיקלים האלקטרוניים שלה בנובמבר 2025, אך שומרים על מקטע המים (ממברנות ומסננים לטיהור מים והתפלה), בניגוד לתוכניות קודמות.
מקור: דופונט
זה ישאיר את דופונט חברה ממוקדת הרבה יותר, עם פעילות ליבה בפולימרים מתקדמים לטיהור מים והגנה על ציוד, כמו גם חומרים מתקדמים לתעופה וחלל, שירותי בריאות וכלי רכב חשמליים.
מקור: דופונט
DuPont הוא תאגיד בינלאומי באמת, עם ביקוש גבוה לכימיקלים מיוחדים בטיהור מים ובייצור תעשייתי.
המגזרים המשרתים את חברת הכימיקלים של דופונט מגוונים מאוד, כולל בנייה, טיהור מים, תעשיית האלקטרוניקה, רכב, תעופה וחלל, שירותי בריאות, אנרגיה ירוקה וייצור תעשייתי.
מקור: דופונט
בנוגע לפוטוסינתזה מלאכותית, חברת הכימיקלים עובדת על הטכנולוגיה באמצעות שותפויות עם האקדמיה, בעיקר עם אוניברסיטת פן.
"מטרת המחקר המשותף הזה היא לפתח פרוטוקול חישובי הניתן ליישום נרחב... כדי להאיץ את בחירת חומרים פוטו-אקטיביים שיכולים לפצל ביעילות מים למימן וחמצן."
הנוכחות החזקה של דופונט בציוד מגן והמעמד המבוסס שלה עם המותג קבלר, פולימר בעל ביצועים גבוהים, אמורים לסייע לה להתאים צורות חדשות של מטא-חומרים למוצרים מסחריים. ונוכחותה באנרגיה ירוקה אמורה לסייע במסחור כימיקלים לתהליך המסחרי העתידי של פוטוסינתזה מלאכותית.
בכל מקרה, ככל שהטכנולוגיות החדשות צומחות, כמו גם צריכת המים, כך גם הביקוש לכימיקלים המתקדמים שמייצרת דופונט.
חדשות והתפתחויות אחרונות על מניית דופונט (DD)
מחקר שאליו התייחס
1. Brändlin, M., Pfund, B. & Wenger, OS הצטברות של מטען כפול בתרכובת מולקולרית. ארץיורכימיהאסטריה. (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-025-01912-x
