Copy-paste: από τη φύση!
Ο μηχανισμός δέσμευσης της ηλιακής ενέργειας από τα φυτά, η -γνωστή από τα σχολικά μας χρόνια- φωτοσύνθεση, συντηρεί εδώ και 2,5 δισ. χρόνια όλες τις μορφές ζωής στον πλανήτη μας. Αυτή ήταν που μετέτρεψε την ατμόσφαιρα στη σημερινή, φιλόξενη μορφή της και αυτή είναι που έμμεσα ή άμεσα καλύπτει τις διατροφικές μας ανάγκες. Η μελέτη, η κατανόηση της λειτουργίας της διαδικασίας και η «αντιγραφή» της αποτελούν αντικείμενο μελέτης της τελευταίας -τουλάχιστον- δεκαετίας, και υπόσχονται να δώσουν λύση στο πρόβλημα παραγωγής ενέργειας, καυσίμων και του φαινομένου του θερμοκηπίου!Για να καταλάβουμε πώς μπορεί να επιτευχθεί κάτι τέτοιο, θα πρέπει πρωτίστως να δούμε τι ακριβώς συμβαίνει κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Η φωτοσύνθεση συντελείται σε δύο στάδια στους χλωροπλάστες, στα κύτταρα των φύλλων. Στο πρώτο στάδιο οι αντιδράσεις φωτός (αυτές, δηλαδή, που απαιτούν την παρουσία φωτός) συγκρατούν την ηλιακή ενέργεια και τη χρησιμοποιούν εν μέρει για την υδρόλυση του νερού (απελευθερώνοντας ηλεκτρόνια), αλλά και για να δημιουργήσουν μόρια ΑΤP. Τα μόρια ΑΤΡ (ή αδενοσινοτριφωσφορικού οξέος) ενεργούν ως βραχυπρόθεσμες «βιολογικές μπαταρίες», οι οποίες αποθηκεύουν την ενέργεια μέχρι αυτή να απαιτηθεί σε διάφορες βιολογικές διεργασίες (όπως η σύνθεση νέων υλικών, η μετάδοση νευρικών παλμών, μέχρι και η συστολή μυών στα θηλαστικά). Στην περίπτωση των φυτών, η συνολική ενέργεια χρησιμοποιείται κατά τη δεύτερη ή σκοτεινή φάση (εδώ δεν απαιτείται φως) της φωτοσύνθεσης, στις αντιδράσεις αυτές που μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα σε οργανικές ενώσεις υδατανθράκων, την «τροφή» των φυτών. Όλοι οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί (σε αυτούς περιλαμβάνονται, πέραν των φυτών, η άλγη και πολλά είδη βακτηρίων) μετατρέπουν ετησίως 1.000 δισ. τόνους CO2 σε βιομάζα, ενώ η ενέργεια που εμπλέκεται στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης υπολογίζεται σε 100ΤW: περίπου το εξαπλάσιο της κατανάλωσης ενέργειας του ανθρώπινου γένους!
Τι λέει, λοιπόν, η επιστημονική λογική; Φυσικά, πως, εφόσον καταφέρουμε να δημιουργήσουμε με τεχνητό και ελεγχόμενο τρόπο ένα είδος φωτοσύνθεσης, με διαχωρισμένα τα δύο στάδια λειτουργίας της, τότε θα ήταν θεωρητικά δυνατόν να αποκομίσουμε ηλεκτρική ενέργεια, υδρογόνο (καθώς αποτελεί παράγωγο της υδρόλυσης του νερού κατά τη φωτοσύνθεση) ή άλλα είδη καυσίμων, και να απορροφήσουμε τεράστιες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα (τον κύριο υπεύθυνο για το φαινόμενο του θερμοκηπίου). Διάφορες τεχνικές δοκιμάζονται σε εργαστήρια ανά τον κόσμο, με τις ΗΠΑ, την Αυστραλία, την Ιαπωνία και τη Γερμανία να κατέχουν τα πρωτεία. Το στοίχημα δεν είναι μόνο η υλοποίηση σε μεγάλο μέγεθος, αλλά και με μεγάλη αποδοτικότητα, αφού η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας δεν ξεπερνά σε βαθμό απόδοσης στα φυτά το 5%. Και αυτός μαζί με το κόστος αποτελούν τους καθοριστικούς παράγοντες.
Μια πιθανή εφαρμογή είναι φωτοβολταϊκά πάνελ που περιέχουν οργανικές χρωστικές
ουσίες παρόμοιες με τη χλωροφύλλη, σε συνθετικές μεμβράνες ανάλογες των μεμβρανών που συναντώνται στους χλωροπλάστες των φυτών. Ειδικά σχεδιασμένες συστοιχίες τέτοιων μεμβρανών δημιουργούν ευαίσθητες στο ηλιακό φως διατάξεις, με σκοπό την παραγωγή ρεύματος.
Μιμούμενοι, επίσης, τις διεργασίες που συντελούνται στα φύλλα (σε πολύ μεγαλύτερη, βέβαια, κλίμακα), θα μπορούσαν να παραχθούν διάφορα καύσιμα, όπως το υδρογόνο ή καύσιμα βασισμένα στην αλκοόλη. Το «τρικ» εδώ είναι η επιλογή του σωστού καταλύτη, που θα μετατρέψει το CO2 σε υδατάνθρακες και το νερό σε υδρογόνο. Η δυσκολία έγκειται στην αντιγραφή του μηχανισμού διάσπασης του νερού, ώστε να δίνει ηλεκτρόνια και ιόντα υδρογόνου. Από την άλλη, η διάσπαση μεγάλων ποσοτήτων CO2 σε έκταση ικανή να λειτουργήσει ενάντια στο φαινόμενο του θερμοκηπίου σχετίζεται με την αποκωδικοποίηση και προσομοίωση της ικανότητας των φυτών στη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ΑΤΡ, ακόμα έναν τομέα πειραματισμού των επιστημόνων.
Κλειδί στην έρευνα αποτελεί η ανακάλυψη και χρήση κατάλληλων καταλυτών, που θα επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις που σχετίζονται με τη φωτοσύνθεση και θα φέρουν την εν λόγω τεχνολογία πιο κοντά στην παραγωγή. Αυτές δε θα είναι απαραίτητα οργανικές (όπως στην περίπτωση των φωτοβολταϊκών πάνελ που περιγράψαμε), αλλά ανόργανες, οι οποίες παρέχουν σταθερότητα και δεν απαιτούν διαρκή ανανέωση. Διάφοροι κρύσταλλοι (ιριδίου, κοβαλτίου κτλ.) δοκιμάζονται, και μάλιστα οι ερευνητές έχουν διαπιστώσει πως τέτοιου είδους καταλύτες είναι αποδοτικότεροι όταν χρησιμοποιούνται σε νανο-μεγέθη, μορφοποιημένοι σε σφαιρικές συστοιχίες διαμέτρου μόλις 35 νανομέτρων. Πιστεύεται πως ο λόγος επιφάνειας προς τον όγκο των σφαιρικών διατάξεων είναι ένας από τους κύριους λόγους της βελτίωσης του βαθμού απόδοσης.
Βρισκόμαστε, λοιπόν, προ των πυλών μιας νέας τεχνολογικής επανάστασης που κανείς δεν είχε προβλέψει; Όπως έχουμε ξαναπεί, η πρόοδος της τεχνολογίας δε συντελείται γραμμικά. Οι αναλύσεις στο τέλος του 19ου αιώνα προέβλεπαν με τρόμο πως μέχρι το 1961 ολόκληρη η επιφάνεια της Μεγάλης Βρετανίας θα καλυπτόταν με ένα μέτρο κοπράνων, πράγμα απόλυτα λογικό, αφού το μοναδικό μεταφορικό μέσο ήταν τότε οι ιππήλατες άμαξες. Όπως, λοιπόν, το Μετρό και το αυτοκίνητο ήρθαν να ανατρέψουν θεαματικά τις προβλέψεις, έτσι και τώρα ίσως η τεχνολογία θα μας επιτρέψει να προχωρήσουμε σε μια κοινωνία απαλλαγμένη από ρύπους αλλά και από την απειλή των κλιματικών αλλαγών και του φαινομένου του θερμοκηπίου, προσφέροντας παράλληλα νέες, φιλικές προς το περιβάλλον λύσεις στο ενεργειακό πρόβλημα της ανθρωπότητας. Το αξιοπερίεργο ή ειρωνικό, αν θέλετε, είναι πως -αν η έρευνα καταφέρει να βγει από τα εργαστήρια και να εφαρμοστεί σε μεγαλύτερη κλίμακα- η ίδια η φύση είναι αυτή που θα μας έχει δείξει το δρόμο!_ Ν. Κ.