Wissenschaftler verwandelten Kohlendioxid in Sauerstoff, indem sie es mit einem Laser beschossen

Die Photosynthese ist wirklich ein Wunder, nicht wahr? Sie ermöglicht es Pflanzen, Bakterien und Algen, Kohlendioxid aufzunehmen und es mit Hilfe von ein wenig Sonnenlicht in den Sauerstoff zu verwandeln, den wir alle atmen. Aber jetzt haben Wissenschaftler die Photosynthese aus der Gleichung herausgenommen und es geschafft, Sauerstoff (O2) zu erzeugen, indem sie Kohlendioxid (CO2) mit einem Laser zappten.

In der Chemie ist die allgemeine Weisheit, dass Moleküle, wenn wir sie vermenschlichen wollen, faul sind. Wenn Kohlendioxid in seine Bestandteile zerlegt wird, nimmt es den „Weg der minimalen Energie“, was bedeutet, dass es in ein Sauerstoffatom und ein Kohlenmonoxidmolekül (CO) zerfällt, denn, wie die Chemiker Arthur Suits und David Parker in einer neuen Analyse in Science erklären, besitzt CO „eine viel stabilere zweiatomige Bindung als O2.“

Wenn ich eine ASCII-Kunstversion der chemischen Bindungen in Kohlendioxid erstellen würde, sähe sie ungefähr so aus:

O=C=O

Kohlenstoff ist doppelt an die Sauerstoffatome gebunden, und es ist chemisch gesehen viel einfacher, einfach eine dieser Bindungen zu kappen und ein CO-Molekül und ein Sauerstoffatom zu erzeugen.

Die gängige Meinung war also, dass es unter fast allen Umständen unmöglich sei, Kohlendioxid – zum Beispiel aus der Ausatmung eines Menschen – wieder in gasförmigen Sauerstoff umzuwandeln, wofür zwei Sauerstoffatome erforderlich wären. Forscher der Universität von Kalifornien in Davis beschlossen jedoch, genau das zu versuchen, indem sie Kohlendioxid mit einem so genannten „Hochenergie-Vakuum-Ultraviolett-Laser“ anregten.“

Es stellte sich heraus, dass Kohlendioxid und andere Moleküle in einem hochangeregten (und immer noch vermenschlichten) Zustand etwas mehr Energie haben, um den Weg der Mindestenergie zu überspringen, und wie jede aufgeregte Person/jedes aufgeregte Molekül Lust haben, zu „wandern“, was ein chemisches Phänomen ist, bei dem chemische Bindungen auf andere Weise brechen werden.

Die Forscher der UC Davis fanden heraus, dass die chemischen Bindungen tatsächlich auf andere Weise aufbrachen, und waren in der Lage, Kohlendioxid wieder in Sauerstoff und ein einzelnes Kohlenstoffatom zu verwandeln (sie beschreiben die Entdeckung auch in Science).

Suits und Parker erklären das in ihrer Analyse so:

Diese CO2-Ergebnisse könnten ein Beispiel für Roaming sein, eine besonders auffällige Klasse von Reaktionen, die in den letzten Jahren aufgetaucht ist, bei der ein angeregtes Molekül durch einfache Bindungsspaltung zu dissoziieren beginnt, aber stattdessen eine intramolekulare Reaktion stattfindet, die zu unerwarteten Produkten führt.

Es ist eine großartige Entdeckung, die uns etwas über die Entstehung der Erdatmosphäre sagen könnte. Ultraviolettes Licht im Vakuum kann nämlich mit Kohlendioxid in der oberen Atmosphäre interagieren, wo das Sonnenlicht auf Moleküle im Vakuum des Weltraums trifft.

Der meiste Sauerstoff auf der Erde stammt aus dem „Great Oxygenation Event“, von dem die Wissenschaftler annehmen, dass es sich um ein durch Photosynthese ausgelöstes Ereignis vor etwa 2,4 Milliarden Jahren handelt. In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler jedoch argumentiert, dass es zumindest geringe Mengen an Sauerstoff irgendwo in der Erdatmosphäre geben muss, damit dieses Ereignis überhaupt stattfinden konnte, und diese Entdeckung wäre offensichtlich eine Erklärung dafür, wie dieser Sauerstoff existiert haben könnte.

Und weil heute ein Freitag ist und wir hier bei Motherboard gerne in die ferne Zukunft blicken, überlegen wir uns, was diese Entdeckung möglicherweise bedeuten könnte: Dieses Experiment beweist, dass wir hier auf der Erde die Möglichkeit haben, ein Abfallprodukt der menschlichen Atmung wieder in den Input zu verwandeln.

Ich habe die Autoren dieser Studie gefragt, ob sie glauben, dass das Ergebnis irgendwelche Auswirkungen auf zukünftige Geräte hat, mit denen man z.B. ein geschlossenes Atmungssystem schaffen könnte, bei dem Menschen im Weltraum Kohlendioxid ausatmen und ein kleiner Vakuum-Ultraviolettlaser es wieder in Sauerstoff umwandeln könnte, der dann wieder geatmet werden könnte.

Niemand der Forscher, die ich angemailt habe, hat mir leider geantwortet, aber in ihrer Analyse stellen Suits und Parker fest, dass neue Wege und Alternativen zu Hochenergie-Vakuum-Ultraviolett-Lasern erforscht werden, um Roaming zu induzieren. Hochenergie-Vakuum-Ultraviolett-Laser scheinen eine Menge Energie zu benötigen, um sie zu betreiben – was möglicherweise jeglichen Nutzen für das Klima zunichte machen könnte, wenn man es genau nimmt – aber hey, man weiß ja nie.

Zumindest sollten Science-Fiction-Autoren damit neues Material zur Verfügung stehen.