科学者たちは何世紀にもわたって植物の光合成を研究してきましたが、国際チームは、持続可能な燃料に革命をもたらし、気候変動と戦うことができる自然の偉大な機械の新しい秘密を解き明かしたと信じています.
チームは、光合成の可能な限り最高の時点で電荷を抽出することが可能であると判断したと言います. これは、電力網や一部の種類のバッテリーで使用する可能性のあるプロセスから最大量の電子を収集することを意味します。 また、バイオ燃料の開発を改善することもできます。 まだ初期段階ですが、調査結果は、 Nature 誌に報告されました、大気中の温室効果ガスを削減し、太陽光発電ソーラーパネルを改善するための洞察を提供できます。
重要なブレークスルーは、研究者が超高速タイムスケールで光合成のプロセスを観察したときにもたらされました。
ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所のトミ・ベイキー博士は、「さまざまな時間に写真を撮ることができるため、サンプルの変化を非常に迅速に見ることができます。iPhone よりも 100 万倍も高速です」と語っています。
チームは、超高速過渡吸収分光法と呼ばれる技術を使用しました。これは、レーザーパルスでサンプルを照らし、非常に短い間隔で何が起こるかを記録することとして最も簡単に理解できます。 これにより、電子が光合成プロセス全体を移動する様子を見ることができます。
以前のデモンストレーションでは、シアノバクテリア、藻類、その他の植物を電極に接続して、いわゆる 生物光電気化学セル 光合成プロセスを利用して電気を生成します。
Baikie 氏は、プロセスの開始時に、より効率的な方法で電荷を抽出できる可能性がある、これまで知られていなかったエネルギーの流れの経路を発見して驚いたと述べています。
「私たちは食べるものすべてと呼吸するすべての空気を植物に依存しており、植物の電子も利用できるかもしれません。」
科学者たちは、光合成が始まる細胞内の場所が電子を「漏らしている」ことを発見しました。 自然界では、これは植物を日光の有害な部分から保護することができます.
新しい漏れやすい経路の発見は、通常は植物や藻類に由来する再生可能なバイオ燃料の生産にも大きな影響を与える可能性があります。 バイオ燃料は、植物が成長するときに二酸化炭素を吸収し、燃やすときに二酸化炭素を大気中に放出するため、カーボン ニュートラルになることができます。 二酸化炭素バイオ燃料が大気にどれだけの量を加えたり減らしたりするかは、植物がどのように栽培され、燃料がどのように生産されるかによって異なります。
この研究は、バイオ燃料を作成するためのより効率的なプロセスを開発するために使用できます。
「これは、バイオ燃料生産へのまったく新しいアプローチです。私たちは、光合成の最も初期の強力なポイントから電子を収集し、そこに再ルーティングしています。」 研究コーディネーター Dr. Jenny Zhang、同じくケンブリッジから、電子メールで言いました。
Zhang は、他の研究者が光合成プロセスの初期段階から電子を獲得しようと試みたが、それは不可能であると結論付けたと言います。 彼女は、当初、チームは間違いを犯したと確信していたと言います。
「やり遂げたと自分自身を納得させるのに時間がかかりました。」 張は言った 声明で。
この突破口は、太陽光をエネルギーに変換する際に、光合成の驚異的な効率をさらに利用することを約束します。
「光合成が本当に特別なのは、光を電子に変換する効率がほぼ 100% であることです」と Baikie 氏は説明します。 「光合成のメカニズムを理解することで、この知識を利用して既存の太陽電池技術を改善することができます。」
より効率的にエネルギーを生成することに加えて、光合成を微調整することで、植物を使用して二酸化炭素をより適切に吸収および貯蔵できるようになり、その過程で気候変動と戦うのに役立ちます.
Zhang 氏は、光合成を活用することで「食物を栽培するのと同じようにエネルギーを養う」ことができる未来を想像していますが、それは、食物生産と競合する必要のないシアノ バクテリアのような生物を介して行われます。
実際、彼女は、この研究から得られた新しい洞察は、強い日光に対する耐性を高めることで、実際に作物を後押しする可能性があると述べています.
「長期的には、再生可能エネルギーと燃料を、自己生成、自己リサイクル、生きている材料から生成できれば、持続可能性のために想像できる最も環境に優しい選択肢の 1 つになるでしょう。」