หนทางสู่เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจากการสังเคราะห์แสงเทียม

เราเคยเรียนเรื่องการสังเคราะห์แสงของพืชในวิชาส.ป.ช.และชีววิทยา ว่าเป็นการที่พืชปรุงอาหาร พืชใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์เปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำให้กลายเป็นคาร์โบไฮเดรตและก๊าซออกซิเจน ผ่านหลายปฏิกิริยาทางเคมี

ปฏิกิริยาหนึ่งที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์แสง คือการที่พืชใช้พลังงานแสงอาทิตย์มาสลายโมเลกุลของน้ำ(H2O) ให้กลายเป็นก๊าซไฮโดรเจน (H2) และก๊าซออกซิเจน (O2)

[b]2H[sub]2[\sub]O ==> 2H[sub]2[\sub] + O[sub]2[\sub][\b]

เนื่องจากว่าปฏิกิริยานี้สามารถผลิตไฮโดรเจนได้อย่างสะอาดเมื่อเทียบกับการใช้สารประกอบคาร์บอนเป็นเชื้อเพลิง นักวิทยาศาสตร์จึงทำการเลียนแบบปฏิกิริยาดังกล่าวของพืชเพื่อนำมาผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจน การเลียนแบบดังกล่าวเลยเป็นที่มาของคำว่า “การสังเคราะห์แสงเทียม” (artificial photosynthesis)

แต่ก็ใช่ว่าจะง่ายที่จะทำการเลียนแบบ ยังมีอุปสรรคขวางกั้นมากมาย ล่าสุดนักวิทยาศาสตร์ของ มหาวิทยาลัย Julich ได้ค้นพบอีกก้าวสำคัญของการพัฒนาระบบสังเคราะห์แสงเทียม

ในการที่จะทำให้ปฎิกิริยาผลิตก๊าซไฮโดรเจนดำเนินไปได้อย่างต่อเนื่อง พืชสร้างและซ่อมแซมตัวเร่งปฏิกิริยา(เอนไซม์)ที่ถูกใช้ไปของมันขึ้นมาใหม่เรื่อยๆ การสร้างเสริมและซ่อมแซมตัวเองของพืชทำให้ยากต่อการที่มนุษย์จะเลียนแบบ แต่นักวิทยาศาสตร์ของ มหาวิทยาลัย Julich ก็สามารถพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาอนินทรีย์ที่มีความเสถียรสูงมาเป็นตัวแทนของเอนไซม์ดังกล่าวในพืชได้เป็นครั้งแรก
ตัวเร่งปฏิกิริยาตัวนี้เป็นสารประกอบโลหะออกไซด์ ประกอบไปด้วยโลหะทรานซิชั่นหายากรูทริเนียม(Ruthenium)สี่ไอออน เนื่องจากมีความเสถียรสูง เจ้าโลหะออกไซด์ตัวนี้สามารถยืนระยะในการเปลี่ยนน้ำให้เป็นก๊าซไฮโดรเจนได้ โดยที่ตัวมันไม่ถูกใช้หายไป

“สารประกอบ tetraruthenium complex ของพวกเราทำงานได้ดีในสารละลายน้ำที่อุณหภูมิห้อง” ศ. พอล โคเกอเลอร์ผู้สังเคราะห์และพิสูจน์ลักษณะพิเศษของสารประกอบตัวนี้กล่าว โดยผลงานวิจัยนี้เป็นการร่วมมือกันระหว่างศ.พอล โคเกอเลอร์ และ ดร.บ๊อกดาน โบตาร์แห่ง Jülich Institute of Solid State Research “เหตุผลที่ตัวเร่งปฏิกิริยาตัวนี้เสถียรก็เพราะมันไม่มีส่วนประกอบที่เป็นสารอินทรีย์เลย”

ดร.โบตาร์อธิบายถึงขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาระบบสังเคราะห์แสงเทียมว่า “ความท้าทายจะมาอยู่ตรงที่การนำสารประกอบ tetraruthenium ไปใส่ในระบบที่ไวต่อแสง (photoactive system) ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานเคมี” จนถึงจุดนี้ การทดลองยังใช้พลังงานจากการออกซิเดชั่นทางเคมีโดยตรงอยู่

ข่าววันที่: 26 มีนาคม 2551
จากเวบไซต์: http://www.sciencedaily.com/releases/2008/03/080325104519.htm

แหล่งข่าว: Helmholtz Association of German Research Centres
วารสารอ้างอิง: Yurii V. Geletii, Bogdan Botar, Paul Kögerler, Daniel A. Hillesheim, Djamaladdin G. Musaev, and Craig L. Hill; An All-Inorganic, Stable, and Highly Active Tetraruthenium Homogeneous Catalyst for Water Oxidation; Angewandte Chemie, DOI: 10.1002/ange.200705652.