Produksi Hidrogen Hijau Melalui Fotosintesis Buatan

Selama fotosintesis alami, tanaman menyerap sinar matahari, yang mereka gunakan untuk menggerakkan reaksi kimia guna mengubah karbon dioksida dan air menjadi glukosa dan oksigen. Intinya, energi cahaya diubah menjadi energi kimia yang menjadi bahan bakar organisme.

Demikian pula, fotosintesis buatan adalah proses mengubah bahan baku dan sinar matahari yang melimpah menjadi bahan bakar kimia. Sistem yang meniru fotosintesis memerlukan tiga komponen yaitu penyerap cahaya, katalis untuk membuat bahan bakar, dan sumber elektron.

Sistem ini biasanya terendam dalam air dan sumber cahaya memberi energi ke penyerap cahaya. Energi tersebut memungkinkan katalis untuk menggabungkan elektron yang disediakan bersama dengan proton dari air di sekitarnya untuk menghasilkan gas hidrogen. Namun, sebagian besar sistem saat ini bergantung pada bahan bakar fosil selama proses produksi atau tidak memiliki cara yang efisien untuk mentransfer elektron.

"Cara bahan bakar hidrogen diproduksi sekarang secara efektif membuatnya menjadi bahan bakar fosil," kata Bren. "Kami ingin mendapatkan hidrogen dari air dalam reaksi yang digerakkan oleh cahaya sehingga kami memiliki bahan bakar yang benar-benar bersih dan melakukannya dengan cara yang tidak menggunakan bahan bakar fosil dalam prosesnya," tutur dia.

Oleh karena itu tim Krauss dan tim Bren telah bekerja selama sekitar satu dekade untuk mengembangkan sistem efisien yang menggunakan fotosintesis buatan. Mereka menggunakan kristal nano semikonduktor untuk penyerap cahaya dan katalis.

Salah satu tantangan yang dihadapi para peneliti adalah mencari tahu sumber elektron dan mentransfer elektron secara efisien dari donor elektron ke kristal nano. Sistem lain telah menggunakan asam askorbat, umumnya dikenal sebagai vitamin C, untuk mengembalikan elektron ke sistem.

Dalam makalah mereka, Krauss dan Bren melaporkan donor elektron yang tak terduga berupa bakteri. Mereka menemukan bahwaShewanella oneidensis, bakteri yang pertama kali dikumpulkan dari Danau Oneida di bagian utara New York, menawarkan cara yang efektif, gratis, namun efisien untuk menyediakan elektron ke sistem mereka.

Sementara laboratorium lain menggabungkan struktur nano dan bakteri. "Semua upaya itu mengambil elektron dari kristal nano dan memasukkannya ke dalam bakteri, lalu menggunakan mesin bakteri untuk menyiapkan bahan bakar," kata Bren. "Sejauh yang kami tahu, kasus kami adalah kasus pertama yang sebaliknya dan menggunakan bakteri sebagai sumber elektron untuk katalis kristal nano," papar dia.

Ketika bakteri tumbuh dalam kondisi anaerobic kondisi tanpa oksigen mereka menghirup zat seluler sebagai bahan bakar, melepaskan elektron dalam prosesnya.Shewanella oneidensisdapat mengambil elektron yang dihasilkan oleh metabolisme internalnya sendiri dan menyumbangkannya ke katalis eksternal. hay/I-1