Artefarita fotosintezo

El Vikipedio, la libera enciklopedio
Salti al navigilo Salti al serĉilo

Artefarita fotosintezo estas kemia procezo de biomimetiko, kiu imitas la naturan procezon de fotosintezo por transformi sunlumon, akvon kaj karbonan dioksidon en karbonhidratoj kaj oksigeno. La termino artefarita fotosintezo estas ofte uzata por referi al ajna plano por kapti kaj konservi la energion de sunlumo en la kemiaj ligoj de fuelo (suna brulaĵo). Fotokataliza akvofendado transformas akvon en hidrogenon kaj oksigenon kaj estas grava esplora temo de artefarita fotosintezo. Lumregata reduktado de karbona dioksido estas alia procezo studata, kiu kopias naturan karbonfiksiĝon.

Esploro de ĉi tiu temo inkluzivas la fasonadon kaj fabrikon de aparatoj por la rekta produktado de sunaj brulaĵoj, fotoelektrokemio kaj ties apliko en brulaĵpiloj kaj por krei enzimojn kaj fotoaŭtotrofajn mikroorganismojn por mikroba biobrulaĵo kaj biohidrogenon el sunlumo.

Resumo[redakti | redakti fonton]

La fotosinteza reakcio estas dividebla en du duonreakcioj de oksidado kaj redukto, de kiuj ambaŭ estas nepraj por produkti brulaĵon. En planta fotosintezo, akvaj molekuloj estas foto-oksidigataj por liberigi oksigenon kaj protonojn. La dua fazo de planta fotosintezo (ankaŭ nomita la Calvin-Benson-ciklo) estas lumsendependa reakcio kiu transformas karbonan dioksidon en glukozon (fuelon). Esploristoj de artefarita fotosintezo evoluigas fotokatalizilojn kiuj kapablas katalizi ĉi tiujn reakciojn. Cetere, la protonoj rezultantaj de la akvofendado estas uzeblaj por produkti hidrogenon. Ĉi tiuj kataliziloj devas kapabli reakcii rapide kaj sorbi grandan procenton de la ricevitaj sunaj fotonoj.[1]

Natura (maldekstre) kontraŭ artefarita fotosintezo (dekstre)

Dum fotovoltaiko povas provizi energion rekte de sunlumo, la malefikeco de brulaĵa produktado de lumelektro (nerekta procezo) kaj la fakto ke sunlumo ne estas konstanta tra la tago fiksas limon al ties uzo.[2][3] Unu metodo uzi naturan fotosintezon estas por la produktado de biobrulaĵo, kiu estas nerekta procezo kiu suferas de malalta energia konvertiĝa efikeco (pro la propra malalta efikeco de fotosintezo transformi sunlumon al biomaso), la kosto rikolti kaj transporti la brulaĵon kaj konfliktoj pro la kreskanta bezono por kampoj por produkti manĝaĵojn.[4] La celo de artefarita fotosintezo estas produkti brulaĵon el sunlumo kiu povas konserviĝi konvene kaj uziĝi kiam sunlumo ne estas havebla, uzante rektajn procezojn, tio estas, por produkti sunan brulaĵaon. Kun la evoluado de kataliziloj kapablaj reprodukti la gravajn partojn de fotosintezo, akvo kaj sunlumo fine estus la solaj bezonataj fontoj por produkti puran energion. La sola kromprodukto estus oksigeno kaj produktado de suna brulaĵo havas la eblecon esti pli malmultekosta ol benzino.[5]

Unu procezo por krei puran kaj malaltkostan energian provizon estas la evoluado de fotokataliza akvofendado sub suna lumo. Ĉi tiu metodo de daŭrigebla hidrogena produktado estas grava celo por la evoluado de alternativaj energiaj sistemoj.[6] Oni ankaŭ antaŭvidas ke ĝi estos unu el la pli, se ne la plej, efikaj metodoj akiri hidrogenon el akvo.[7] La konvertiĝo de suna energio al hidrogeno per akvofenda procezo helpata de fotoduonkonduktaj kataliziloj estas unu el la plej promesplenaj teknologioj evoluataj.[8] Ĉi tiu procezo havas la eblecon por grandaj kvantoj de hidrogeno produktata en ekologie prudenta maniero. [Citaĵo bezonata] La konvertiĝo de suna energio al pura brulaĵo (H2) sub ĉirkaŭaj kondiĉoj estas unu el la plej grandaj defioj alfrontantaj sciencistojn en la dudek-unua jarcento.[9]

Oni ĝenerale agnoskas du metodojn por konstrui sunajn fuelĉelojn por hidrogena produktado:[10]

  • Homogena sistemo estas tiu, en kiu kataliziloj ne estas dispartigitaj, tio estas, la eroj ĉeestas en la sama ujo. Tio ĉi signifas ke hidrogeno kaj oksigeno produktiĝas en la sama loko. Tio ĉi povas esti malavantaĝo, pro tio ke ili kunmetas eksplodan miksaĵon, deviganta apartigon de la gasaj produktoj. Ankaŭ, ĉiuj eroj devas esti aktivaj en proksimume la samaj kondiĉoj (ekzemple, pH).
  • Heterogena sistemo havas du apartajn elektrodojn, anodon kaj katodon, ebligante la apartigon de oksigeno kaj hidrogeno. Cetere, malsamaj eroj ne nepre devas funkcii en la samaj kondiĉoj. Tamen, la pliigita komplekseco de ĉi tiuj sistemoj igas ilin pli malfacile evoluigeblaj kaj pli altkostaj.

Alia kampo de esplorado ene de artefarita fotosintezo estas la elekto kaj manipulado de fotosintezaj mikroorganismoj, nome verdaj mikroalgoj kaj cianobakterioj, por la produktado de sunaj brulaĵoj. Multaj variaĵoj kapablas produkti hidrogenon nature, kaj sciencistoj laboras por plibonigi ilin.[11]Algaj biobrulaĵoj, kiel butanolo kaj metanolo, produktiĝas je laboratoria kaj je komerca skaloj. Ĉi tiu metodo profitis de la evoluado de sinteza biologio, kiun esploradas la Instituto J. Craig Venter por produkti sintezan organismon kapabla produkti biobrulaĵon.[11][12][13] En 2017, efika procezo estis evoluigita produkti acetatan acidon el karbona dioksido uzante "kiborgajn bakteriojn".[14]

Historio[redakti | redakti fonton]

Artefaritan fotosintezon unue anticipis la itala kemiisto Giacomo Ciamician en 1912.[15] En lekcio poste eldonita [16] li proponis ŝanĝon de la uzo de fosiliaj brulaĵoj al radianta energio provizita de la suno kaj kaptita de teknikaj fotokemiaj aparatoj. En ĉi tiu ŝanĝo li vidis eblecon malpliigi la diferencon inter la riĉa nordo de Eŭropo kaj la malriĉa sudo kaj kuraĝis konjekti, ke ĉi tiu ŝanĝo de karbo al suna energio "ne estus danĝera al la progreso kaj al homa feliĉo."[17]

Dum la 1960aj jaroj, Akira Fujishima eltrovis la fotokatalizajn proprecojn de titana dioksido, la tiel nomitan Honda-Fujishima efikon, kiu uzeblas por hidrolizo.[18]

Fendi videblan lumon per unupeca plurjunkcia duonkonduktilo (kontraŭ ultraviola lumo kun titana dioksido duonkonduktiloj) unue demonstris kaj patentis William Ayers ĉe Energy Conversion Devices (Energia Konvertaj Aparatoj) en 1983.[19][20] Ĉi tiu grupo montris akvan fotolizon en hidrogenon kaj oksigenon, nun nomita "artefarita folio" je malalte kosta, maldika filma, amorfa silicia, plurjunkcia folio mergita rekte en akvo. Hidrogeno eliĝis ĉe la antaŭa amorfa silicia surfaco ornamita per diversaj kataliziloj dum oksigeno eliĝis de la malantaŭa flanka metala subtavolo, kiu ankaŭ eliminis la danĝeron de miksata hidrogena/oksigeno gasa produkto. Polimera membrano super la mergita aparato provizis vojon por proton-transportado. La pli alta fototensio havebla de la plurjunkcia, maldika filma, aparato kun videbla lumo estis grava antaŭenigo super la antaŭa fotolizo kun ultraviolaj aŭ aliaj unujunkciaj duonkonduktaj fotoelektrodoj. La patento de la grupo ankaŭ listigis plurajn aliajn duonkonduktajn plurjunkciajn kunmetaĵojn krom amorfa silicio.

La sveda Konsorcio por Artefarita Fotosintezo, la unua tia organizo, establiĝis en 1994 kiel kunlaboro inter grupoj el tri universitatoj, Lund, Uppsala kaj Stokholmo.[21] La konsorcio estis konstruita kun plurfaka aliro por celi lerni de natura fotosintezo kaj apliki ĉi tiun scion en biomimetikaj sistemoj.[22]

Esploro pri artefarita fotosintezo pliiĝas en la 21a jarcento.[2] Dum 2000, esploristoj en la aŭstralia Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (Komuneja Organizo por Scienca kaj Industria Esploro, CSIRO) diskonigis sian intencon emfazi kolektadon de karbona dioksido kaj ties konvertiĝo al hidrokarbonoj.[23][24] En 2003, la Nacia Laboratorio Brookhaven anoncis la eltrovon de grava intermeza parto de la redukto de CO2 al CO (la plej simpla redukta reakcio de karbona dioksido), kiu povus rezulti en pli bonaj kataliziloj.[25][26]

Unu el la malavantaĝoj de artefaritaj sistemoj por akvo-fendantaj kataliziloj estas ilia ĝenerala dependeco sur malabundaj, altkostaj elementoj, kiel rutenio aŭ renio.[2] Dum 2008, per la financado de la Oficejo de la Usona Aerarmeo por Scienca Esploro, MIT-kemiisto kaj direktoro de la Suna Revolucia Projekto Daniel G. Nocera kaj postdoktoriĝa fratulo Matthew Kanan provis eviti ĉi tiun problemon, uzante katalizilon kiu enhavas la malpli multekostajn kaj pli abundajn elementojn, kobalton kaj fosforon.[27][28] [29] La katalizilo fendis akvon en oksigenon kaj protonojn uzante sunlumon, kaj eble povos esti kuplita kun hidrogen-produktanta katalizilo kiel plateno. Plue, kvankam la katalizilo rompiĝis dum katalizado, ĝi povis riparo sin.[30] Multaj esploristoj konsideras ĉi tiun eksperimentan katalizilan aranĝon grava plibonigo.[31][32]

Dum CO estas la ĉefa redukta produkto de CO2, pli kompleksaj karbonaj kombinaĵoj estas kutime dezirataj. Dum 2008, Andrew B. Bocarsly raportis la rektan konvertiĝon de karbona dioksido kaj akvo al metanolo uzante sunan energion en tre efika fotokemia ĉelo.[33]

Dum Nocera kaj kunlaborantoj atingis akvofendadon al oksigeno kaj protonoj, oni serĉas lumregatan procezon produkti hidrogenon. En 2009, la Instituto Leibniz por Katalizado raportis ke malaltkostaj feraj karbonilaj kompleksoj kapablas fari tion.[34][35] En la sama jaro, esploristoj ĉe la Universitato de Orienta Anglio ankaŭ uzis ferajn karbonilajn kombinaĵojn por produkti fotoelektrokemie hidrogenon je 60% efikeco, uzante oran elektrodon kovritan per tavoloj de india fosfido al kiu la feraj kompleksoj estis ligitaj.[36] Ambaŭ ĉi tiuj procezoj uzis molekulan aliron, kie nanopartikloj kaŭzas la katalizon.

En 2009, F. Del Valle kaj K. Domen montris la efikon de la termika traktado en ferma atmosfero uzante Cd1-xZnxS fotokatalizilojn. Cd1-xZnxS solida solvaĵo atingas altan aktivecon en hidrogena produktado el akvofendado sub sunlumo.[37] Miksita heterogena/molekula aliro de esploristoj ĉe la Universitato de Kalifornio, Santa Cruz, en 2010, uzante kaj nitrogeno-dotitan kaj kadmian selenidon kvantumajn punktojn, sensivigitan titanan dioksidon nanopartiklojn kaj nanodratojn, ankaŭ liveris hidrogenon.[38]

En 2009, oni raportis ke la kompanio Mitsubishi Chemical Holdings (Kemiaj Akciaroj) evoluigas la propran esploron pri artefarita fotosintezo uzante sunlumon, akvon kaj karbonan dioksidon "krei la karbonajn konstrublokojn de kiuj sintezi rezinojn, plastojn kaj fibrojn."[39] La Instituto KAITEKI celas, redukti karbonan dioksidon per artefarita fotosintezo.[40][41]

En 2010, la Usona Departemento de Energio establis la Komunan Centron por Artefarita Fotosintezo.[42] Ĝia celo estas trovi kostefikan metodon produkti brulaĵojn per sunlumo, akvo kaj karbona-dioksido.  JCAP estas administrata de teamo de la Kalifornia Instituto de Teknologio (Caltech), direktita de Profesoro Nathan Lewis kaj kunvenigas pli ol 120 sciencistojn kaj inĝenierojn de Caltech kaj ties ĉefa partnero, Laŭrenco Berkeley Nacia Laboratorio. JCAP ankaŭ utiligas la kapablojn de Universitato Stanford, la Universitato de Kalifornio ĉe Berkeley, UCSB, Universitato de Kalifornio, Irvine kaj Universitato de Kalifornio ĉe San Diego kaj la Stanford Linia Akcelilo.  Cetere, JCAP servas kiel centro por esplorado pri sunaj brulaĵoj.[43]

Ankaŭ en 2010, Wendell kaj kunlaborantoj sukcese demonstris fotosintezon en artefarita konstruaĵo kiu konsistas el enzimoj tenataj en ŝaŭma ujo.[44]

En 2011, Daniel Nocera kaj lia esplora teamo anoncis la kreon de la unua praktika artefarita folio. Nocera priskribis altnivelan sunan ĉelon kiu kapablas fendi akvon en oksigeno kaj hidrogeno, proksimume dek fojoj pli efike ol natura fotosintezo.[45] La ĉelo estas plejparte fabrikita per malaltkostaj materialoj kiuj estas ĝenerale haveblaj, funkcias sub simplaj kondiĉoj kaj estas pli stabilaj ol antaŭaj kataliziloj: en laboratoriaj studoj, la artefarita folio, la prototipo, povis funkcii kontinue por almenaŭ kvardek kvin horoj sen falo en aktiveco.[46] En majo 2012, la nova kompanio Suno Catalytix, bazita sur la esploro de Nocera, deklaris, ke ĝi ne pligrandigos la prototipon ĉar la aparato ne estas pli efika ol aliaj metodoj fari hidrogenon el sunlumo.[47] [48] Eminentaj fakuloj en la kampo subtenis proponon por Tutmonda Projekto pri Artefarita Fotosintezo kiel solvo de energia sekureco kaj klimata ŝanĝiĝo.[49] Konferencoj pri ĉi tiu temo okazis ĉe Insulo Lord Howe en 2011,[50] ĉe Halo Chicheley en Britio en 2014[51] kaj ĉe Kanbero kaj Insulo Lord Howe en 2016.[52]

Aktuala esplorado[redakti | redakti fonton]

Laŭ energio, natura fotosintezo povas esti priskribita en tri paŝoj:[10][22]

  • Lumrikoltantaj kompleksoj en bakterioj kaj plantoj kaptas fotonojn kaj transduktas ilin en elektronojn, injektante ilin en la fotosintezan ĉenon.
  • Proton-kuplita elektrona transigo laŭ pluraj kofaktoroj de la fotosinteza ĉeno, kaŭzanta lokan, spacan ŝargoapartigon.
  • Redoksa katalizo, kiu uzas la menciitajn transigitajn elektronojn por oksidigi akvon al dioksigenon kaj protonojn; ĉi tiuj protonoj, en kelkaj specioj, estas utiligeblaj por produkti hidrogenon.
Triopa kunmeto, kun fotosensivigilo (P) ligita tandeme al akvo-oksidiga katalizilo (D) kaj hidrogen-eliga katalizilo (A). Elektronoj fluas de D al A kiam katalizado okazas.

Uzante biomimetikajn metodojn, artefarita fotosintezo provas konstrui sistemojn kiuj faras la saman tipon de procezoj. Ideale, triopa sistemo povos oksidigi akvon per unu katalizilo, redukti protonojn per alia kaj havos fotosensivigan molekulon por potencizi la tutan sistemon. Unu el la plej simplaj skemoj estas kie la fotosensivigilo estas ligita tandeme inter akvo-oksidiga katalizilo kaj hidrogeneliga katalizilo:

  • La lumsensivigilo transigas elektronojn al la hidrogena katalizilo kiam frapita de lumo, oksidiĝas en la procezo.
  • Tio ĉi regas la akvofendantan katalizilon por doni elektronojn al la lumsensivigilo. En triopa kunmeto, tia katalizilo estas ofte nomita donanto. La oksidigita donanto kapablas elfari akvooksidigon.

La stato de la triopo kun unu katalizilo oksidigita ĉe unu ekstremo kaj la dua reduktita ĉe la alia fino nomiĝas ŝargapartigo, kaj pelas pluan elektronan transigon kaj sekve katalizadon. La diversaj komponantoj estas kunmeteblaj laŭ diversaj manieroj, ekzemple supramolekulaj kompleksoj, dispartigitaj ĉeloj aŭ lineare, kovalente ligitaj molekuloj.[10]

Esploro por trovi katalizilojn kiuj povas transformi akvon, karbonan dioksidon kaj sunlumon al karbonhidratoj aŭ hidrogeno estas aktuala, aktiva kampo. Studante la naturan oksigeno-eligan komplekson (OEC), esploristoj evoluigis katalizilojn kiel la "blua dimero" por imiti ties funkcion. Fotoelektrokemiaj ĉeloj kiuj reduktas karbonan dioksidon en karbonan monoksidon (CO), formiatan acidon (HCOOH) kaj metanolon (CH3OH) estas evoluataj.[53] Tamen, ĉi tiuj kataliziloj estas ankoraŭ tre neefikaj.[5]

Hidrogenaj kataliziloj[redakti | redakti fonton]

Hidrogeno estas la plej simpla suna brulaĵo sintezi, pro tio ke ĝi bezonas nur la transigon de du elektronoj al du protonoj. Ĝi devas, tamen, esti farita laŭpaŝe, kun formado de intermeza hidrida anjono:

2 e− + 2 H+ ⇌ H+ + H− ⇌ H2

La protono-al-hidrogeno transformantaj kataliziloj en la naturo estas hidrogenazoj. Ĉi tiuj estas enzimoj kiuj povas aŭ redukti protonojn al molekula hidrogeno aŭ oksidigi hidrogenon al protonoj kaj elektronoj. Spektroskopaj kaj kristalografiaj studoj tra pluraj jardekoj rezultis en bona kompreno de kaj la strukturo kaj la mekanismo de hidrogenaza katalizo.[54] [55] Uzante ĉi tiun informon, oni sintezis plurajn molekulojn kiuj imitas la strukturon de la aktiva loko de kaj nikelo-fera kaj fero-fera hidrogenazoj.[10][56] Aliaj kataliziloj ne estas strukturaj imitaĵoj de hidrogenazo sed praktikaj. Sintezitaj kataliziloj inkluzivas strukturajn H-faskajn modelojn,[10][57] dirodian fotokatalizilon[58] kaj kobaltajn katalizilojn.[10][59]

Akvo-oksidigaj kataliziloj[redakti | redakti fonton]

Akvo-oksidigo estas pli kompleksa kemia reakcio ol proton-redukto. En naturo, la oksigeno-eliga komplekso reakcias amasigante reduktantajn ekvivalentajn (elektronojn) en mangano-kalcia fasko ene de fotosistemo II (PS II), tiam liverante ilin al akvomolekuloj, kun la rezulta produktado de molekula oksigeno kaj protonoj:

2H2O → O2 + 4 H+ + 4e−

Sen katalizilo (natura aŭ artefarita), ĉi tiu reakcio estas tre endoterma, bezonanta altajn temperaturojn (almenaŭ 2500 K).[7]

La ĝusta strukturo de la oksigeno-eliga komplekso estas malfacile determinebla eksperimente.[60] Ĝis 2011, la plej detala modelo estis el kristala strukturo de fotosistemo II kun distingivo 1,9 Å.[61] La komplekso estas fasko enhavanta kvar manganajn kaj unu kalcian jonojn, sed la ekzakta loko kaj mekanismo de akvooksidigo en la fasko estas nekonata. Tamen oni sintezis biomimetikan manganajn kaj mangan-kalciajn kompleksojn, ekzemple, [Mn4O4] kuban-tipajn faskojn, el kiuj iuj havas katalizan aktivecon[62]

Kelkaj kompleksoj de rutenio, kiel la dinuklea µ-okso-transpontita "blua dimero" (la unua tia esti sintezita), kapablas katalizi lumregatan akvo-oksidigon, danke al ilia kapablo formi altvalentajn statojn.[10] En ĉi tiu okazo, la rutenia komplekso agas kiel fotosensivigilo kaj katalizilo.

Oni eltrovis ke multaj metalaj oksidoj havas akvo-oksidigan katalizan aktivecon, inkluzive al rutenia(IV) oksido (RuO2), iridia(IV) oksido (IrO2), kobaltaj oksidoj (inkluzive al nikelo-dotita Co3O4), mangana oksido (inkluzive al tavolita MnO2 (birnessite), Mn2O3) kaj miksaĵo de Mn2O3 kun CaMn2O4. Oksidoj estas pli facile akireblaj ol molekulaj kataliziloj, precipe tiuj de relative abundaj transiraj metaloj (kobalto kaj mangano), sed suferas de malalta transforma nombro kaj malrapida elektrontransigo kaj ilia mekanismo de ago estas malfacile deĉifrebla kaj, tial, ŝanĝi.[6]

Oni montris ke materioj bazitaj sur Metalo-Organika Kadro estas tre promesplena kandidato por akvo-oksidigo kun unuvicaj transiraj metaloj.[63][64]La stabileco kaj adapteblo de ĉi tiu sistemo estas projektita esti tre utila por estonta evoluado.[65]

Lumsensivigiloj[redakti | redakti fonton]

Strukturo de [Ru(bipy)3]2+, ĝenerale uzata lumsensivigilo.

La Naturo uzas pigmentojn, plejparte klorofilojn, por sorbi larĝan parton de la videbla spektro. Artefaritaj sistemoj povas uzi aŭ unu tipon de pigmento kun larĝa sorba gamo aŭ kombini plurajn pigmentojn por la sama celo.

Ruteniaj polipiridinaj kompleksoj, precipe tris(bipiridina)rutenio(II) kaj ties derivaĵoj, estis amplekse uzitaj por produkti hidrogenon pro ilia efika videbla lumsorbo kaj longdaŭra sekva metalo-al-liganda ŝargtransira ekcita stato, kiu igas la kompleksojn fortaj reduktantaj agentoj.[10] Aliaj kompleksoj kiuj enhavas noblajn metalojn, inkluzivas tiujn kun plateno, rodio kaj iridio.[10]

Senmetalaj organikaj kompleksoj ankaŭ estis sukcese utiligitaj kiel lumsensivigiloj. Ekzemploj inkluzivas eozino Y kaj rozo bengala.[10] Pirolaj ringoj, ekzemple porfirinoj, ankaŭ estis uzitaj en tegaj nanomaterioj aŭ duonkonduktiloj por homogenaj kaj heterogenaj kataliziloj.[6][53]

Kiel parto de aktualaj (2021) esploroj, artefaritaj fotonaj antenaj sistemoj estas studataj por serĉi efikajn kaj daŭrigeblajn metodojn kolekti lumon por artefarita fotosintezo. Gion Calzaferri (2009) priskribis unu tian antenon kiu uzas zeoliton L kiel gastiganton por organikaj tinkturoj, por imiti la lumkolektantajn sistemojn de plantoj.[66] La anteno estas fabrikita enmetante tinkturajn molekulojn en la kanaloj de zeolite L. La enmeta procezo, kiu okazas sub vakuo kaj ĉe altaj temperaturoj, estas ebligita de la kunlabora vibra moviĝo de la zeolita kadro kaj de la tinkturaj molekuloj.[67] La rezultinta materialo povas esti miksita kun ekstera aparato tra krano.[68][69]

Kataliziloj por redukti karbonan dioksidon[redakti | redakti fonton]

En la naturo, karbonon fiksas verdaj plantoj uzante la enzimon RuBisCO kiel parto de la Calvin-ciklo. RuBisCO estas sufiĉe malrapida katalizilo kompare al la vasta plimulto de aliaj enzimoj, enkorpigante nur kelkajn molekulojn de karbona dioksido en ribulozo-1,5-bisfosfato en unu minuto, sed tiel faras ĉe atmosfera premo kaj en mildaj, biologiaj kondiĉoj.[70] La rezultinta produkto estas plue reduktita kaj poste uzita en la sintezo de glukozo, kiu siavice estas antaŭprodukto antaŭ pli kompleksaj karbonhidratoj, kiel celulozo kaj amelo. La procezo konsumas energion en la formo de ATP kaj NADPH.

Artefarita CO2-redukto por produkti brulaĵojn celas plejparte produkti reduktitajn karbonajn kombinaĵojn el atmosfera CO2. Iuj transir-metalaj polyfosfinaj kompleksoj estis evoluigitaj tiucele; tamen, ili kutime bezonas antaŭan koncentriĝon de CO2 antaŭ uzo kaj portantajn (molekulojn kiuj fiksus je CO2) kiuj estas stabilaj en aerobiaj kondiĉoj kaj kapablaj koncentri CO2 je atmosferaj koncentriĝoj ankoraŭ ne estas evoluigitaj.[71] La plej simpla produkto de CO2-redukto estas karbono monoksido (CO), sed por brulaĵa evoluado, plua redukto estas bezonata, kaj kerna paŝo ankaŭ bezonata pluan evoluadon estas la transigo de hidridaj anjonoj al CO.[71]

Fotobiologia produktado de brulaĵoj[redakti | redakti fonton]

Kelkaj fotoaŭtotrofaj mikroorganismoj, sub specifaj kondiĉoj, povas produkti hidrogenon. Nitrogeno-fiksantaj mikroorganismoj, kiel filamentaj cianobakterioj, posedas la enzimon nitrogenazon, kiu povas konverti atmosferan N2 al amoniako; molekula hidrogeno estas flanka produkto de ĉi tiu reakcio kaj ofte ne estas liberigata de la mikroorganismo, sed enprenita per hidrogeno-oksidiga hidrogenazo. Unu metodo devigi ĉi tiujn organismojn produkti hidrogenon estas nuligi la elprenan aktivecon de la hidrogenazo. Tio ĉi estis farita ĉe 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.[72]

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, malpliigante la efikecon de la tuta procezo; ankaŭ, ĉi tiuj hidrogenazoj estas tre sensivaj al oksigeno.[11]

Pluraj karbono-bazitaj biobrulaĵoj ankaŭ produktiĝis uzante cianobakteriojn, ekzemple, 1-butanolo.[73]

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.[11][73] Alia temo evoluiganta estas la optimumigo de fotobioreakciujoj por komercaj aplikaĵoj.[74]

Utiligitaj esploraj teknikoj[redakti | redakti fonton]

Esploro en artefarita fotosintezo estas nepre plurfaka temo, deviganta multajn malsamajn kompetentecojn.[11] Kelkaj teknikoj utiligitaj por fari kaj esplori katalizilojn kaj sunajn ĉelojn inkluzivas la jenajn:

  • Organika kaj neorganika kemia sintezo.
  • Electrokemiaj metodoj, kiel fotoelektrokemio, cicla voltametrio, elektrokemia impedanca spektroskopio, dielektrika spektroskopio kaj grandskala elektrolizo.
  • Spektroskopiaj metodoj:
    • Rapidaj teknikoj, kiel tempo-distingiva spectroskopio kaj ultrarapida lasera spectroscopy;
    • Magneta resonanca spektroskopio, kiel nuklea magneta resonanco, elektrona paramagneta resonanco;
    • X-radia spektroskopiaj metodoj, inkluzivantaj x-radia sorbo, ekzemple XANES kaj EXAFS, sed ankaŭ X-radia emano.
  • Kristalografio.
  • Molekula biologio, mikrobiologio kaj sintezaj biologiaj metodaroj.

Avantaĝoj, malavantaĝoj kaj efikeco[redakti | redakti fonton]

Avantaĝoj de sunbrulaĵa produktado per artefarita fotosintezo inkluzivas la jenajn:

  • La suna energio povas tuj transformiĝi kaj konserviĝi. En lumelektraj ĉeloj, sunlumo transformiĝas al elektro kaj tiam ree transformiĝas al 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 uzataj por transportado aŭ hejmoj.

Malavantaĝoj inkluzivas la jenajn:

  • Materialoj uzitaj por artefarita fotosintezo ofte korodiĝas en akvo, do ili eble estas malpli stabilaj ol fotovoltaikoj dum longaj periodoj. Plejmultaj hidrogenaj kataliziloj estas tre sensivaj al oksigeno, malaktiviĝi aŭ degeneri en ties ĉeesto; ankaŭ, lumdamaĝo eble okazos dum tempo.[10][75]
  • La kosto ne estas (ankoraŭ) sufiĉe avantaĝa por konkuri kun fosiliaj brulaĵoj kiel komerce realigebla fonto de energio.[3]

Zorgo kutime traktita en katalizila fasonado 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 ĉirkaŭ 50% el incida suna radiado, tamen la teoria limo de fotosinteza efikeco estas 4,6 kaj 6,0% por C3 kaj C4 plantoj respektive.[76] En realo, la efikeco de fotosintezo estas multe malpli malalta kaj estas kutime sub 1%, kun kelkaj esceptoj, kiel sukerkano en tropika klimato.[77] En kontrasto, la plej alta raportita efikeco por artefarita fotosintezo, en laboritoriaj prototipoj, estas 22,4%.[78] Tamen, plantoj estas efikaj uzante CO2 je atmosferaj koncentriĝoj, io kiun artefaritaj kataliziloj ankoraŭ ne povas fari.[79]

Vidu ankaŭ[redakti | redakti fonton]

Referencoj[redakti | redakti fonton]

  1. Yarris, Lynn (10 March 2009). "Turning Sunlight into Liquid Fuels: Berkeley Lab Researchers Create a Nano-sized Photocatalyst for Artificial Photosynthesis". Berkeley Lab News Center. Lawrence Berkeley National Laboratory. Alirita la 13an de Septembro 2021."Turning Sunlight into Liquid Fuels: Berkeley Lab Researchers Create a Nano-sized Photocatalyst for Artificial Photosynthesis"
  2. 2,0 2,1 2,2 Styring, Stenbjörn (21 December 2011). "Artificial photosynthesis for solar fuels". Faraday Discussions. 155 (Advance Article): 357–376. Bibcode:2012FaDi..155..357S. doi:10.1039/C1FD00113B. PMID 22470985. Alirita 2021-09-14. [1]
  3. 3,0 3,1 "The Difference Engine: The sunbeam solution". The Economist. 11 February 2011. Alirita 2021-09-14. [2]
  4. Listorti, Andrea; Durrant, James; Barber, Jim (December 2009). "Solar to Fuel". Nature Materials. 8 (12): 929–930. Bibcode:2009NatMa...8..929L. doi:10.1038/nmat2578. PMID 19935695.[3]
  5. 5,0 5,1 Gathman, Andrew. “Energy at the Speed of Light”, Penn State University.
  6. 6,0 6,1 6,2 Carraro, Mauro; Sartorel, Andrea; Toma, Francesca; Puntoriero, Fausto; Scandola, Franco; Campagna, Sebastiano; Prato, Maurizio; Bonchio, Marcella (2011). Artificial Photosynthesis Challenges: Water Oxidation at Nanostructured Interfaces. Topics in Current Chemistry. 303. pp. 121–150. doi:10.1007/128_2011_136. ISBN 978-3-642-22293-1. PMID 21547686.
  7. 7,0 7,1 Bockris, J.O'M.; Dandapani, B.; Cocke, D.; Ghoroghchian, J. (1985). "On the splitting of water". International Journal of Hydrogen Energy. 10 (3): 179–201. doi:10.1016/0360-3199(85)90025-4.
  8. Wang, Qian (24 August 2020). "Molecularly engineered photocatalyst sheet for scalable solar formate production from carbon dioxide and water". Nature Energy. doi:10.1038/s41560-020-0678-6.[4]
  9. Navarro, R.M.; del Valle, F.; de la Mano, J.A. Villoria; Álvarez-Galván, M.C.; Fierro, J.L.G. (2009). Photocatalytic Water Splitting Under Visible Light: Concept and Catalysts Development. Advances in Chemical Engineering. 36. pp. 111–143. doi:10.1016/S0065-2377(09)00404-9. ISBN 9780123747631.
  10. 10,00 10,01 10,02 10,03 10,04 10,05 10,06 10,07 10,08 10,09 10,10 Andreiadis, Eugen S.; Chavarot-Kerlidou, Murielle; Fontecave, Marc; Artero, Vincent (September–October 2011). "Artificial Photosynthesis: From Molecular Catalysts for Light-driven Water Splitting to Photoelectrochemical Cells". Photochemistry and Photobiology. 87 (5): 946–964. doi:10.1111/j.1751-1097.2011.00966.x. PMID 21740444. [5]
  11. 11,0 11,1 11,2 11,3 11,4 Magnuson, Ann; Anderlund, Magnus; Johansson, Olof; Lindblad, Peter; Lomoth, Reiner; Polivka, Tomas; Ott, Sascha; Stensjö, Karin; Styring, Stenbjörn; Sundström, Villy; Hammarström, Leif (December 2009). "Biomimetic and Microbial Approaches to Solar Fuel Generation". Accounts of Chemical Research. 42 (12): 1899–1909. doi:10.1021/ar900127h. PMID 19757805.
  12. JCVI. "Synthetic Biology & Bioenergy – Overview". J. Craig Venter Institute.
  13. "Hydrogen from Water in a Novel Recombinant Cyanobacterial System". J. Craig Venter Institute. [6]
  14. McGrath, Matt (22 August 2017). "'Cyborg' bacteria deliver green fuel source from sunlight". BBC News. [7]
  15. Armaroli, Nicola; Balzani, Vincenzo (2007). "The Future of Energy Supply: Challenges and Opportunities". Angewandte Chemie. 46 (1–2): 52–66. doi:10.1002/anie.200602373. PMID 17103469. [8]
  16. Ciamician, Giacomo (1912). "The Photochemistry of the Future". Science. 36 (926): 385–394. Bibcode:1912Sci....36..385C. doi:10.1126/science.36.926.385. PMID 17836492.
  17. Balzani, Vincenzo; et al. (2008). "Photochemical Conversion of Solar Energy". ChemSusChem. 1 (1–2): 26–58. doi:10.1002/cssc.200700087. PMID 18605661.
  18. Fujishima, Akira; Rao, Tata N.; Tryk, Donald A. (29 June 2000). "Titanium dioxide photocatalysis". Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews. 1 (1): 1–21. doi:10.1016/S1389-5567(00)00002-2.
  19. William Ayers, US Patent 4,466,869 Photolytic Production of Hydrogen
  20. W.M. Ayers, and V.Cannella, "Tandem Amorphous Silicon Photocathodes", Proc. Int'l. Conf. on Electrodynamics and Quantum Phenomena at Interfaces, Telavi, USSR (1984)
  21. "Swedish Consortium for Artificial Photosynthesis". Uppsala University. Archived from the original on 20 January 2012.
  22. 22,0 22,1 Hammarström, Leif; Styring, Stenbjörn (27 March 2008). "Coupled electron transfers in artificial photosynthesis". Philosophical Transactions of the Royal Society. 363 (1494): 1283–1291. doi:10.1098/rstb.2007.2225. PMC 2614099. PMID 17954432. [9]
  23. "Scientists Developing "Artificial" Plants". Sciencedaily.com. 28 November 2000.
  24. "Artificial Photosynthesis". Csiro.au. 20 September 2005.
  25. "Designing a Better Catalyst for Artificial Photosynthesis". Bnl.gov. 9 September 2003.
  26. "Designing A Better Catalyst For 'Artificial Photosynthesis'". Sciencedaily.com. 10 September 2003.
  27. Lachance, Molly. "AF Funding Enables Artificial Photosynthesis". Wright-Patterson Air Force Base News. Wright-Patterson Air Force Base. Archived from the original on 18 February 2012.
  28. Kanan, Matthew W.; Nocera, Daniel G. (22 August 2008). "In Situ Formation of an Oxygen-Evolving Catalyst in Neutral Water Containing Phosphate and Co2+". Science. 321 (5892): 1072–1075. Bibcode:2008Sci...321.1072K. doi:10.1126/science.1162018. PMID 18669820. S2CID 206514692.
  29. Trafton, Anne. "'Major discovery' from MIT primed to unleash solar revolution". MIT News. Massachusetts Institute of Technology.
  30. Lutterman, Daniel A.; Surendranath, Yogesh; Nocera, Daniel G. (2009). "A Self-Healing Oxygen-Evolving Catalyst". Journal of the American Chemical Society. 131 (11): 3838–3839. doi:10.1021/ja900023k. PMID 19249834.
  31. "Solar-Power Breakthrough: Researchers have found a cheap and easy way to store the energy made by solar power". Technologyreview.com.
  32. Kleiner, Kurt. "Electrode lights the way to artificial photosynthesis". NewScientist. Reed Business Information Ltd.
  33. Barton, Emily E.; Rampulla, David M.; Bocarsly, Andrew B. (2008). "Selective Solar-Driven Reduction of CO2 to Methanol Using a Catalyzed p-GaP Based Photoelectrochemical Cell". Journal of the American Chemical Society. 130 (20): 6342–6344. doi:10.1021/ja0776327. PMID 18439010.
  34. "Light-Driven Hydrogen Generation System Based on Inexpensive Iron Carbonyl Complexes". AZoNano.com. AZoNetwork. 2 December 2009.
  35. Gärtner, Felix; Sundararaju, Basker; Surkus, Annette-Enrica; Boddien, Albert; Loges, Björn; Junge, Henrik; Dixneuf, Pierre H; Beller, Matthias (21 December 2009). "Light-Driven Hydrogen Generation: Efficient Iron-Based Water Reduction Catalysts". Angewandte Chemie International Edition. 48 (52): 9962–9965. doi:10.1002/anie.200905115. PMID 19937629.
  36. Nann, Thomas; Ibrahim, Saad K; Woi, Pei-Meng; Xu, Shu; Ziegler, Jan; Pickett, Christopher J. (22 February 2010). "Water Splitting by Visible Light: A Nanophotocathode for Hydrogen Production". Angewandte Chemie International Edition. 49 (9): 1574–1577. doi:10.1002/anie.200906262. PMID 20140925.
  37. del Valle, F.; Ishikawa, A.; Domen, K. (May 2009). "Influence of Zn concentration in the activity of Cd 1-xZnxS solid solutions for water splitting under visible light". Catalysis Today. 143 (1–2): 51–59. doi:10.1016/j.cattod.2008.09.024.
  38. Hensel, Jennifer; Wang, Gongming; Li, Yat; Zhang, Jin Z. (2010). "Synergistic Effect of CdSe Quantum Dot Sensitization and Nitrogen Doping of TiO2 Nanostructures for Photoelectrochemical Solar Hydrogen Generation". Nano Letters. 10 (2): 478–483. Bibcode:2010NanoL..10..478H. doi:10.1021/nl903217w. PMID 20102190.
  39. "Man-made photosynthesis looking to change the world". Digitalworldtokyo.com. 14 January 2009.
  40. "The Establishment of the KAITEKI Institute Inc". CSR Environment. mitsubishi.com. Retrieved 10 January 2012.
  41. "Research". The KAITEKI Institute
  42. "Home – Joint Center for Artificial Photosynthesis". Solarfuelshub.org.
  43. "Caltech-led Team Gets up to $122 Million for Energy Innovation Hub". Caltech Media Relations. 21 July 2010. Archived from the original on 9 August 2011.
  44. Frogs, Foam and Fuel: UC Researchers Convert Solar Energy to Sugars Archived 9 June 2012 at the Wayback Machine
  45. "Debut of the first practical "artificial leaf"". ACS News Releases. American Chemical Society. Archived from the original on 24 February 2013.
  46. Reece, Steven Y.; Hamel, Jonathan A.; Sung, Kimberly; Jarvi, Thomas D.; Esswein, Arthur J.; Pijpers, Joep J. H.; Nocera, Daniel G. (4 November 2011). "Wireless Solar Water Splitting Using Silicon-Based Semiconductors and Earth-Abundant Catalysts". Science. 334 (6056): 645–648. Bibcode:2011Sci...334..645R.
  47. jobs (2012). "'Artificial leaf' faces economic hurdle : Nature News & Comment". Nature. doi:10.1038/nature.2012.10703.
  48. "The race to invent the artificial leaf" [10]
  49. Faunce TA, Lubitz W, Rutherford AW, MacFarlane D, Moore GF, Yang P, Nocera DG, Moore TA, Gregory DH, Fukuzumi S, Yoon KB, Armstrong FA, Wasielewski MR, Styring S (2013). "Energy and Environment Policy Case for a Global Project on Artificial Photosynthesis". Energy and Environmental Science. 6 (3): 695–698. doi:10.1039/C3EE00063J. S2CID 97344491.
  50. Towards Global Artificial Photosynthesis Lord Howe Island 2011 Towards Global Artificial Photosynthesis Lord Howe Island 2011 "Artificial Photosynthesis". Archived from the original on 28 March 2016. Retrieved 7 April 2016. published in Australian Journal of Chemistry Volume 65 Number 6 2012 'Artificial Photosynthesis: Energy, Nanochemistry, and Governance' [11]
  51. Do We Need a Global Project on Artificial Photosynthesis? https://royalsociety.org/~/media/events/2014/artificial-photosynthesis/TM0514%20Final%20programme%2027614.pdf?la=en-GB published in Interface Focus Vol 5(3) June 2015 http://rsfs.royalsocietypublishing.org/content/5/3
  52. Global Artificial Photosynthesis- Breakthroughs for the Sustainocene Canberra and Lord Howe island 2016 http://medicalschool.anu.edu.au/towards-the-sustainocene Archived 19 April 2016 at the Wayback Machine
  53. 53,0 53,1 Kalyanasundaram, K.; Grätzel, M. (June 2010). "Artificial photosynthesis: biomimetic approaches to solar energy conversion and storage". Current Opinion in Biotechnology. 21 (3): 298–310. doi:10.1016/j.copbio.2010.03.021. PMID 20439158.
  54. Lubitz, Wolfgang; Reijerse, Eduard; van Gastel, Maurice (2007). "[NiFe] and [FeFe] Hydrogenases Studied by Advanced Magnetic Resonance Techniques". Chemical Reviews. 107 (10): 4331–4365. doi:10.1021/cr050186q. PMID 17845059.
  55. Fontecilla-Camps, Juan C.; Volbeda, Anne; Cavazza, Christine; Nicolet, Yvain (2007). "Structure/Function Relationships of [NiFe]- and [FeFe]-Hydrogenases". Chemical Reviews. 107 (10): 4273–4303. doi:10.1021/cr050195z. PMID 17850165.
  56. Tard, Cédric; Pickett, Christopher J. (2009). "Structural and Functional Analogues of the Active Sites of the [Fe]-, [NiFe]-, and [FeFe]-Hydrogenases". Chemical Reviews. 109 (6): 2245–2274. doi:10.1021/cr800542q. PMID 19438209.
  57. Tard, Cédric; Liu, Xiaoming; Ibrahim, Saad K.; Bruschi, Maurizio; De Gioia, Luca; Davies, Siân C.; Yang, Xin; Wang, Lai-Sheng; et al. (10 February 2005). "Synthesis of the H-cluster framework of iron-only hydrogenase". Nature. 433 (7026): 610–613.
  58. Heyduk, Alan F.; Nocera (31 August 2001). "Daniel G.". Science. 293 (5535): 1639–1641. Bibcode:2001Sci...293.1639H. doi:10.1126/science.1062965. PMID 11533485. S2CID 35989348.
  59. Hu, Xile; Cossairt, Brandi M.; Brunschwig, Bruce S.; Lewis, Nathan S.; Peters, Jonas C. (2005). "Electrocatalytic hydrogen evolution by cobalt difluoroboryl-diglyoximate complexes" (PDF). Chemical Communications. 37 (37): 4723–4725. doi:10.1039/B509188H. PMID 16175305.
  60. Yano, Junko; Kern, Jan; Irrgang, Klaus-Dieter; Latimer, Matthew J.; Bergmann, Uwe; Glatzel, Pieter; Pushkar, Yulia; Biesiadka, Jacek; Loll, Bernhard; Sauer, Kenneth; Messinger, Johannes; Zouni, Athina; Yachandra, Vittal K. (23 August 2005). "X-ray damage to the Mn4Ca complex in single crystals of photosystem II: A case study for metalloprotein crystallography". Proceedings of the National Academy of Sciences. 102 (34): 12047–12052. Bibcode:2005PNAS..10212047Y. doi:10.1073/pnas.0505207102. PMC 1186027. PMID 16103362.
  61. Yasufumi, Umena; Kawakami, Keisuke; Shen, Jian-Ren; Kamiya, Nobuo (5 May 2011). "Crystal structure of oxygen-evolving photosystem II at a resolution of 1.9 Å" (PDF). Nature. 473 (7345): 55–60. Bibcode:2011Natur.473...55U. doi:10.1038/nature09913. PMID 21499260. S2CID 205224374.
  62. Dismukes, G. Charles; Brimblecombe, Robin; Felton, Greg A. N.; Pryadun, Ruslan S.; Sheats, John E.; Spiccia, Leone; Swiegers, Gerhard F. (2009). "Development of Bioinspired 4O4−Cubane Water Oxidation Catalysts: Lessons from Photosynthesis". Accounts of Chemical Research. 42 (12): 1935–1943. doi:10.1021/ar900249x. PMID 19908827.
  63. Binod Nepal; Siddhartha Das (2013). "Sustained Water Oxidation by a Catalyst Cage-Isolated in a Metal–Organic Framework". Angew. Chem. Int. Ed. 52 (28): 7224–27. CiteSeerX 10.1.1.359.7383. doi:10.1002/anie.201301327. PMID 23729244.
  64. Rebecca E. Hansen; Siddhartha Das (2014). "Biomimetic di-manganese catalyst cage-isolated in a MOF: robust catalyst for water oxidation with Ce(IV), a non-O-donating oxidant". Energy Environ. Sci. 7 (1): 317–322. doi:10.1039/C3EE43040E.
  65. Chemical & Engineering News
  66. Calzaferri, Gion (2010). "Artificial Photosynthesis" (PDF). Topics in Catalysis. 53 (3): 130–140. doi:10.1007/s11244-009-9424-9. S2CID 195282014.
  67. Tabacchi, Gloria; Calzaferri, Gion; Fois, Ettore (2016). "One-dimensional self-assembly of perylene-diimide dyes by unidirectional transit of zeolite channel openings". Chemical Communications. 52 (75): 11195–11198. doi:10.1039/C6CC05303C. PMID 27484884.
  68. Calzaferri, Gion; Méallet-Renault, Rachel; Brühwiler, Dominik; Pansu, Robert; Dolamic, Igor; Dienel, Thomas; Adler, Pauline; Li, Huanrong; Kunzmann, Andreas (2011). "Designing Dye–Nanochannel Antenna Hybrid Materials for Light Harvesting, Transport and Trapping". ChemPhysChem. 12 (3): 580–594. doi:10.1002/cphc.201000947. PMID 21337487.
  69. Tabacchi, Gloria; Fois, Ettore; Calzaferri, Gion (2015). "Structure of Nanochannel Entrances in Stopcock-Functionalized Zeolite L". Angewandte Chemie International Edition. 54 (38): 11112–11116. doi:10.1002/anie.201504745. PMID 26255642.
  70. Ellis J.R. (2010). "Tackling unintelligent design". Nature. 463 (7278): 164–165. Bibcode:2010Natur.463..164E. doi:10.1038/463164a. PMID 20075906. S2CID 205052478.
  71. 71,0 71,1 Dubois, M. Rakowski; Dubois, Daniel L. (2009). "Development of Molecular Electrocatalysts for CO2Reduction and H2Production/Oxidation". Accounts of Chemical Research. 42 (12): 1974–1982. doi:10.1021/ar900110c. PMID 19645445.
  72. Lindberg, Pia; Schûtz, Kathrin; Happe, Thomas; Lindblad, Peter (November–December 2002). "A hydrogen-producing, hydrogenase-free mutant strain of Nostoc punctiforme ATCC 29133". International Journal of Hydrogen Energy. 27 (11–12): 1291–1296. doi:10.1016/S0360-3199(02)00121-0.
  73. 73,0 73,1 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. doi:10.1016/j.ymben.2011.04.004. PMID 21569861.
  74. Kunjapur, Aditya M.; Eldridge, R. Bruce (2010). "Photobioreactor Design for Commercial Biofuel Production from Microalgae". Industrial and Engineering Chemistry Research. 49 (8): 3516–3526. doi:10.1021/ie901459u.
  75. Krassen, Henning; Ott, Sascha; Heberle, Joachim (2011). "In vitro hydrogen production—using energy from the sun". Physical Chemistry Chemical Physics. 13 (1): 47–57.
  76. Blankenship, Robert E.; Tiede, David M.; Barber, James; Brudvig, Gary W.; Fleming, Graham; Ghirardi, Maria; Gunner, M. R.; Junge, Wolfgang; Kramer, David M.; Melis, Anastasios; Moore, Thomas A.; Moser, Christopher C.; Nocera, Daniel G.; Nozik, Arthur J.; Ort, Donald R.; Parson, William W.; Prince, Roger C.; Sayre, Richard T. (13 May 2011). "Comparing Photosynthetic and Photovoltaic Efficiencies and Recognizing the Potential for Improvement". Science. 332 (6031): 805–809. Bibcode:2011Sci...332..805B. doi:10.1126/science.1200165. PMID 21566184. S2CID 22798697.
  77. Armaroli, Nicola; Balzani, Vincenzo (2016). "Solar Electricity and Solar Fuels: Status and Perspectives in the Context of the Energy Transition". Chemistry – A European Journal. 22 (1): 32–57. doi:10.1002/chem.201503580. PMID 26584653.
  78. Bonke, Shannon A.; et al. (2015). "Renewable fuels from concentrated solar power: towards practical artificial photosynthesis". Energy and Environmental Science. 8 (9): 2791–2796. doi:10.1039/c5ee02214b. S2CID 94698839.
  79. Biello, David. "Plants versus Photovoltaics: Which Are Better to Capture Solar Energy?". Scientific American. Retrieved 17 January 2012.