Enerji bütün canlıların hayatta kalabilmesi için çok önemlidir. Milyarlarca yıldır bitkiler (ve bazı algler ile bakteriler) dünyanın en verimli güç kaynağına sahipler. Fotosentez adı verilen işlemle güneş ışığından besin ve oksijen üretmekteler. Böylece güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürmüş oluyorlar. Bilim adamları da yıllardır bitkilerin yaptığı bu enerji dönüşümünün yapay ve verimli bir yolunu bulmaya çalışıyor. Sebebi ise insanların kullanabileceği yenilenebilir bir enerji sistemi bulmak. Yapay fotosentez adı verilen bu sistem; doğal fotosentez sürecinin kopyalanmaya çalışıldığı, basit olarak güneş enerjisinden yakıt elde etmek için ortaya çıkmış bir sistemdir.
2020 yılı başında Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı, yapay fotosentezin araştırılması ve geliştirilmesi için yaklaşık 100 milyon dolarlık bir fon oluşturduğunu açıkladı.
Yapay Fotosentez Konusundaki Gelişmeler
Eğer bitkiler tarafından gerçekleştirilen fotosentez sürecini, verimli bir şekilde yapay olarak kopyalayabilseydik hem enerji ve gıda üretimi için lazım olan şekeri üretebilir, hem de atmosferdeki karbondioksit oranını azaltabilirdik. Yapay fotosentez konusunda bilim adamlarının en başından beri yoğunlaştığı üç temel problem bulunuyor. Bunlar: ışığın yakalanıp elektronların reaksiyon merkezine taşınması, suyu hidrojen ile oksijen yapı taşlarına ayırmak ve karbondioksitin azaltılması.
Yapay fotosentezde, fotosentezde gerçekleştirilen doğal süreç, basit nano yapılarla yürütülmeye çalışılıyor. Hala araştırma ve geliştirilme aşamasında olan yapay fotosentezin çalışmalarının sonuca ulaşması, yeni bir yenilenebilir enerji kaynağının dünyaya kazandırılması anlamına gelecek.
2010’lardan itibaren yapay fotosentez konusundaki çalışmalar patlama yaşadı diyebiliriz. Ulusal Avustralya Üniversitesi’nden profesör Thomas Fuance, yapay fotosentezin bulunmasının dünyadaki herkes için ucuz yakıt sağlayacağını ve yakıt sektörü konusunda birçok şeyi değiştireceğini söylüyor. 2011 senesinde üniversite, Küresel Yapay Fotosentez Projesi’nin oluşturulması için ilk uluslararası konferansı yönetti.
İsveç Yapay Fotosentez Birliği de, kuruluşundan itibaren yapay fotosentez konusundaki engellerin ortadan kaldırılması ve çalışmaların hızlanması için birçok üniversite ile işbirliği içerisinde çalışıyor.
2012 yılında KTH’den (Kraliyet Teknoloji Enstitüsü) bilim adamları, gereken katalizörleri geliştirmeyi başardılar. Aynı sene Panasonic şirketi karbondioksit oranını azaltmak için basit ve verimli bir yapay fotosentez sistemi geliştirdiğini açıkladı. Şirketin kullandığı sistem nitrür yarı iletkeni kullanıyor ve oldukça yüksek bir verimlilikle karbondioksit dönüşümünü gerçekleştirebiliyor.
2019 yılında ise Illinois Üniversitesi’nde iki araştırmacı yeşil olan ışığı alıp karbondioksit ve su arasındaki reaksiyonlar için gerekli olan proton ve elektronları transfer etmek için metal katalizörler kullandı. Bu sayede klorofilin doğal fotosentezdeki rolü başarıyla doldurulmuş oldu. Bu keşif sonucu yapay bir şekilde fotosentez süreci her ne kadar kısmen gerçekleştirilmiş olsa da doğal fotosentez kadar verimli olmadığı için bilim insanları çalışmalarını buna yönelik geliştirmeye devam ediyor.
Yapay Fotosentezin Gelecekteki Yeri
Şu anda bulunan yapay fotosentez yöntemleri, doğal bir fotosentez sürecinden çok daha az verimli. Fakat yine de bu alanda önemli gelişmeler gerçekleşti. Yeni ve yenilenebilir bir enerji kaynağının ortaya çıkması, fosil yakıtlara olan bağımlılığımızı azaltacak ve fotosentez gibi karbondioksit tüketip oksijen açığa çıkaracağı için de küresel ısınmayı tersine çevirebilecektir.
Fosil yakıtlar kadar uygun maliyetli olmaması sebebiyle, yapay fotosentezin yaygınlaşması her ne kadar uzun yıllar alacak olsa da gelişen teknolojiyle bu süreç hızlanabilir. Yapay fotosentezin kullanılmaya başlanmasıyla yaşanması beklenen bazı gelişmeler şu şekilde:
- Ulaşım sektörü büyük bir canlanma yaşayacak.
- Sera etkisine sebep olan havadaki karbondioksit oranı büyük oranda azalacak.
- Yeni nesil uçaklar yapay fotosentezin sonucunda oluşacak yakıtı kullanabilecek.
- Gelecekteki uzay yolculuklarında yapay fotosentez, yiyecek ve oksijen üretimini sağlaması açısından çok faydalı olacak.
- Güneş enerjisinden üretilecek yeni yenilenebilir enerji sayesinde, fosil yakıtların dünyaya verdiği zararların önüne geçilecek böylece daha temiz ve daha güvenli bir gezegen elde edilecek.
Yenilenebilir enerji, şu anda bütün dünyanın ilgi odağı. Fakat önemli olan şey bu enerjinin güvenilir olması. Yani sadece yenilenebilir enerji üretmek değil, ihtiyaç duyulmadığında bu enerjinin depolanması ve gerektiğinde zararsız bir şekilde serbest bırakılabilmesi de önemli detaylardır. Yapay fotosentez de bunu yapabilmeyi ön görüyor. Dünyanın daha iyi bir geleceğe sahip olması için tüm bu çalışmalar hızla sürüyor. Umuyoruz ki yakın zamanda gelecek kesin sonuçlarla bütün dünya yeni ve yenilenebilir enerji kaynağına kavuşur.
