Artefarita fotosintezo: Malsamoj inter versioj

Kelkaj fotoaŭtotrofaj mikroorganismoj povas, sub specifaj kondiĉoj, povas produkti hidrogenon. [[Nitrogena fiksado|Nitrogeno-fiksantaj]] mikroorganismoj]], kiel filamentafilamentaj [[Cianobakterio|cianobakterioj]], posedas la enzimon [[Nitrogenazo|nitrogenazon]], kiu povas konverti atmosferan N2N₂ enal [[amoniako]]; molekula hidrogeno estas flanka produkto de ĉi tiu reakcio kaj ofte ne estas liberigitaliberigata de la mikroorganismo, sed enprenita per hidrogeno-oksidiga hidrogenazo. Unu vojometodo devigi ĉi tiujn organismojn produkti hidrogenon estas nuligi la elprenan aktivecon de la hidrogenazo. Tio ĉi estis farita surĉe variaĵo de ''Nostoc punctiforme'': unu el la strukturaj genoj de la NiFe -elprena -hidrogenazo estis malaktivigita de enmeta mutagenezo kaj la mutaciinta variaĵo montris hidrogenan eligon sub lampo.<ref name="Lindberg">{{Citaĵo el gazeto|doi=10.1016/S0360-3199(02)00121-0}}</ref>

Multaj el ĉi tiuj fotoaŭtotrofoj ankaŭ havas dudirektajn hidrogenazojn, kiuj povas produkti hidrogenon sub specifaj kondiĉoj. Tamen, aliaj energio-devigantaj metabolaj reakcioj povas konkuri por la necesaj elektronoj por protona redukto, malpliigantamalpliigante la efikecon de la tuta procezo; ankaŭ, ĉi tiuj hidrogenazoj estas tre sensivaj al oksigeno.<ref name="Magnuson">{{Citaĵo el gazeto|doi=10.1021/ar900127h}}<cite class="citation journal cs1" data-ve-ignore="true" id="CITEREFMagnusonAnderlund,_MagnusJohansson,_OlofLindblad,_Peter2009">Magnuson, Ann; Anderlund, Magnus; Johansson, Olof; Lindblad, Peter; Lomoth, Reiner; Polivka, Tomas; Ott, Sascha; Stensjö, Karin; Styring, Stenbjörn; Sundström, Villy; Hammarström, Leif (December 2009). [https://zenodo.org/record/3424059 "Biomimetic and Microbial Approaches to Solar Fuel Generation"]. ''Accounts of Chemical Research''. '''42''' (12): 1899–1909. [[Cifereca objekta identigilo|doi]]:[[doi:10.1021/ar900127h|10.1021/ar900127h]]. [[PubMed|PMID]]&nbsp;[//pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19757805 19757805].</cite></ref>

Pluraj karbono-bazitaj biobrulaĵoj ankaŭ estis produktitajproduktiĝis uzante cianobakteriojn, ekzemple, 1-butanolo.<ref name="Lan">{{Citaĵo el gazeto|doi=10.1016/j.ymben.2011.04.004}}</ref>

Sintezaj biologiaj teknikoj estas antaŭviditaj esti utilaj por ĉi tiu temo. Mikrobiologiaj kaj enzimaj teknologioj havas la eblecon plibonigi enziman efikecon kaj fortikon, kaj konstrui novan biobrulaĵon-produktantan metabolan reakcion en fotoaŭtotrofoj kiuj antaŭe ne havis ilin aŭ pliboniĝi ol la ekzistantaj.<ref name="Magnuson">{{Citaĵo el gazeto|doi=10.1021/ar900127h|url=https://zenodo.org/record/3424059}}<cite class="citation journal cs1" data-ve-ignore="true" id="CITEREFMagnusonAnderlund,_MagnusJohansson,_OlofLindblad,_Peter2009">Magnuson, Ann; Anderlund, Magnus; Johansson, Olof; Lindblad, Peter; Lomoth, Reiner; Polivka, Tomas; Ott, Sascha; Stensjö, Karin; Styring, Stenbjörn; Sundström, Villy; Hammarström, Leif (December 2009). [https://zenodo.org/record/3424059 "Biomimetic and Microbial Approaches to Solar Fuel Generation"]. ''Accounts of Chemical Research''. '''42''' (12): 1899–1909. [[Cifereca objekta identigilo|doi]]:[[doi:10.1021/ar900127h|10.1021/ar900127h]]. [[PubMed|PMID]]&nbsp;[//pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19757805 19757805].</cite></ref><ref name="Lan">{{Citaĵo el gazeto|doi=10.1016/j.ymben.2011.04.004}}<cite class="citation journal cs1" data-ve-ignore="true" id="CITEREFLanLiao,_James_C.2011">Lan, Ethan I.; Liao, James C. (July 2011). "Metabolic engineering of cyanobacteria for 1-butanol production from carbon dioxide". ''Metabolic Engineering''. '''13''' (4): 353–363. [[Cifereca objekta identigilo|doi]]:[[doi:10.1016/j.ymben.2011.04.004|10.1016/j.ymben.2011.04.004]]. [[PubMed|PMID]]&nbsp;[//pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21569861 21569861].</cite></ref> Alia temo evoluigata estas la optimumigi fotobioreakciujojn por komercaj aplikoj.<ref name="Kunjapur">{{Citaĵo el gazeto|doi=10.1021/ie901459u}}</ref>

Esploro en artefarita lumsintezofotosintezo estas nepre plurfaka temo, deviganta multajn malsamajn kompetentecojn.<ref name="Magnuson">{{Citaĵo el gazeto|doi=10.1021/ar900127h|url=https://zenodo.org/record/3424059}}<cite class="citation journal cs1" data-ve-ignore="true" id="CITEREFMagnusonAnderlund,_MagnusJohansson,_OlofLindblad,_Peter2009">Magnuson, Ann; Anderlund, Magnus; Johansson, Olof; Lindblad, Peter; Lomoth, Reiner; Polivka, Tomas; Ott, Sascha; Stensjö, Karin; Styring, Stenbjörn; Sundström, Villy; Hammarström, Leif (December 2009). [https://zenodo.org/record/3424059 "Biomimetic and Microbial Approaches to Solar Fuel Generation"]. ''Accounts of Chemical Research''. '''42''' (12): 1899–1909. [[Cifereca objekta identigilo|doi]]:[[doi:10.1021/ar900127h|10.1021/ar900127h]]. [[PubMed|PMID]]&nbsp;[//pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19757805 19757805].</cite></ref> Kelkaj teknikoj utiligitaj por fari kaj esplori katalizilojn kaj sunajn ĉelojn inkluzivas la jenajn:

* [[Elektrokemio|Electrokemiaj]] metodoj, kiel fotoelektrokemio, cicla voltametrio, elektrokemia impedanca spektroskopio, Dielektrikadielektrika spektroskopio kaj pograndagrandskala elektrolizo.

** Rapidaj teknikoj, kiel tempo-solvitadistingiva spectroscopyspectroskopio kaj ultrarapida lasera spectroscopy;

** X-radia spektroskopiaj metodoj, inkluzivantaj x-radia sorbo, ekzemple XANES kaj EXAFS, sed ankaŭ xX-radia emano.

Avantaĝoj de sunbrulaĵa produktado per artefarita fotosintezo inkluzivas la jenajn:

* La suna energio povas tuj transformiĝi kaj konserviĝi. En [[Fotovoltaiko|lumelektraj]] ĉeloj, sunlumo transformiĝas enal elektro kaj tiam ree transformiĝas enal kemia energio por konservado, kun iu necesa perdo de energio asociita kun la dua konvertiĝo.

* La flankaj produktoj de ĉi tiuj reakcioj estas ekologie amikaj. Artefarite lumsensigitaj brulaĵoj estus karbono-neŭtrala fonto de energio, kiu povus esti uzatauzataj por transportado aŭ hejmoj.

Malavantaĝoj inkluzivas la jenajn:

* Materialoj uzitaj por artefarita fotosintezo ofte korodiĝas en akvo, do ili eble estas malpli stabilaj ol [[Fotovoltaiko|fotovoltaikoj]] dum longaj periodoj de tempo. Plejmultaj hidrogenaj kataliziloj estas tre sensivaj al oksigeno, malaktiviĝi aŭ degeneri en ties ĉeesto; ankaŭ, lumdamaĝo eble okazos dum tempo.<ref name="Andreiadis">{{Citaĵo el gazeto|doi=10.1111/j.1751-1097.2011.00966.x}}<cite class="citation journal cs1" data-ve-ignore="true" id="CITEREFAndreiadisChavarot-Kerlidou,_MurielleFontecave,_MarcArtero,_Vincent2011">Andreiadis, Eugen S.; Chavarot-Kerlidou, Murielle; Fontecave, Marc; Artero, Vincent (September–October 2011). [[doi:10.1111/j.1751-1097.2011.00966.x|"Artificial Photosynthesis: From Molecular Catalysts for Light-driven Water Splitting to Photoelectrochemical Cells"]]. ''Photochemistry and Photobiology''. '''87''' (5): 946–964. [[Cifereca objekta identigilo|doi]]:<span class="cs1-lock-free" title="Freely accessible">[[doi:10.1111/j.1751-1097.2011.00966.x|10.1111/j.1751-1097.2011.00966.x]]</span>. [[PubMed|PMID]]&nbsp;[//pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21740444 21740444].</cite></ref><ref name="Krassen">{{Citaĵo el gazeto|doi=10.1039/C0CP01163K}}</ref>

Zorgo kutime traktita en katalizila fasonofasonado estas efikeco, precipe kiom el la incida lumo povas uziĝi en sistemo en praktiko. Tio ĉi estas komparebla kun fotosinteza efikeco, kie lumo-al-kemia-energia konvertiĝo mezuriĝas. Fotosintezaj organismoj kapablas kolekti priĉirkaŭ 50% el incida suna radiado, tamen la teoria limo de fotosinteza efikeco estas 4,6 kaj 6,0% por [[C3-tipa fotosintezo|C3]] kaj [[C4-tipa fotosintezo|C4]] plantoj respektive. En realo, la efikeco de fotosintezo estas multe da plimalpli malalta kaj estas kutime sub 1%, kun kelkaj esceptoj, kiel sukerkano en tropika klimato. En kontrasto, la plej alta raportita efikeco por artefarita fotosintezo, en laboritoriaj prototipoj, estas 22,4%. Tamen, plantoj estas efikaj uzante CO₂ je atmosferaj koncentriĝoj, io kiun artefaritaj kataliziloj ankoraŭ ne povas fari.<ref name="Biello">{{Citaĵo el la reto|url=http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=plants-versus-photovoltaics-at-capturing-sunlight}}</ref>