Fotosynteza przebiega w dwóch etapach:

Głównymi barwnikami fotosyntetycznymi są:

• w komórkach prokariotycznychkomórka prokariotycznakomórkach prokariotycznych – bakteriochlorofil a (bakterie zielone i purpurowe) lub chlorofil a (sinice)

• w komórkach eukariotycznychkomórka eukariotycznakomórkach eukariotycznych – chlorofil a.

U organizmów eukariotycznych główne barwniki fotosyntetyczne razem z barwnikami dodatkowymi i białkami tworzą kompleksy, tzw. fotoukłady. Fotoukłady wbudowane są w błony tylakoidów gran i tylakoidów stromy. Pojedynczy fotoukład ma postać anteny, w centrum której znajdują się dwie cząsteczki chlorofilu a. Barwniki tworzące antenę absorbują kwanty światła, a następnie jego energię przekazują do centrum reakcji. W centrum fotoukładu dochodzi do wzbudzenia i wybicia elektronów, które transportowane są przez kompleksy białkowych przenośników na odpowiednie akceptory.

Sztuczna fotosynteza jest procesem przeprowadzanym przez urządzenia, które wykorzystują energię świetlną do przemian łatwo dostępnych i prostych związków chemicznych (wody, dwutlenku lub azotu) w celu otrzymania:

• wysokoenergetycznych związków chemicznych;

• płynnego paliwa.

Opracowanie wydajnych, tanich i bezpiecznych układów przeprowadzających sztuczną fotosyntezę wymaga użycia kompleksów chemicznych naśladujących przebieg naturalnej fotosyntezy. Sztuczny układ fotosyntetyczny składa się z co najmniej trzech komponentów tworzących tzw. triadę.

Miejsce P zbiera światło i pełni rolę podobną do anten fotoukładów występujących w naturalnej fotosyntezie. W opracowanych sztucznych układach miejsce P tworzy kompleks chemiczny, w skład którego wchodzi metal – ruten (Ru) w formie jonu RuIndeks górny 2+²⁺. Pod wpływem pochłoniętej energii świetlnej kompleks rutenu ulega wzbudzeniu i dochodzi do wybicia elektronów, które przekazywane są na miejsce A. Miejsce A to katalizatorkatalizatorkatalizator, będący akceptoremakceptorakceptorem elektronów zdolnym do syntezy wodoru. Jednocześnie miejsce D tworzy kompleks chemiczny, w skład którego wchodzi metal – mangan (Mn) w formie jonu MnIndeks górny 2+²⁺. Kompleks manganowy to katalizator zdolny do oddania elektronów na fotoutlenione miejsce P. Taki transfer elektronów skutkuje powstaniem kompleksu manganowego MnIndeks górny 3+³⁺ lub MnIndeks górny 4+⁴⁺ zdolnego do rozkładu wody według reakcji:

2 HIndeks dolny 2₂ + 4 HIndeks górny +⁺ + 4eIndeks górny −⁻

Opracowanie wydajnych i wytrzymałych układów przeprowadzających sztuczną fotosyntezę pozwoli wykorzystać światło słoneczne jako nieograniczone źródło energii. Najbardziej obiecujące rozwiązania technologiczne dotyczą pozyskiwania paliwa słonecznegopaliwo słonecznepaliwa słonecznego i prądu elektrycznego ze sztucznych układów.

Wykorzystanie układów przeprowadzających sztuczną fotosyntezę najprawdopodobniej umożliwi w przyszłości wydajną i bezpieczną dla środowiska produkcję prądu elektrycznego lub paliwa słonecznego. Jest nadzieja, że zmiana dotychczasowych sposobów pozyskiwania energii elektrycznej i rezygnacja ze spalania paliw kopalnychpaliwa kopalnepaliw kopalnych przyczyni się do redukcji ilości dwutlenku węgla w atmosferze, którego zawartość uległa znacznemu podwyższeniu po rewolucji przemysłowej.

Słownik