Wetenschappers veranderden kooldioxide in zuurstof door er met een laser op te schieten

Fotosynthese is toch een wonder, nietwaar? Planten, bacteriën en algen kunnen kooldioxide opnemen en met behulp van een beetje zonlicht omzetten in de zuurstof die we allemaal inademen. Maar nu hebben wetenschappers de fotosynthese buiten beschouwing gelaten en zijn erin geslaagd zuurstof (O2) te maken door kooldioxide (CO2) met een laser te zappen.

In de scheikunde is de algemene wijsheid dat moleculen, als we ze zouden moeten antropomorfiseren, lui zijn. Koolstofdioxide, wanneer zijn bindingen worden verbroken in zijn samenstellende delen, neemt de “minimum energie weg,” wat betekent dat het zal breken in één zuurstofatoom en een koolstofmonoxide molecuul (CO), omdat, zoals chemici Arthur Suits en David Parker uitleggen in een nieuwe analyse in Science, CO “een veel stabielere diatomische binding bezit dan O2.”

Als ik een ASCII art-versie zou maken van hoe de chemische bindingen in koolstofdioxide eruit zien, zou het er ongeveer zo uitzien:

O=C=O

Koolstof is dubbel verbonden met de zuurstofatomen, en het is veel gemakkelijker, chemisch gesproken, om gewoon een van die bindingen af te knippen en een CO molecuul en een zuurstofatoom te maken.

De gangbare opvatting was dus dat het onder bijna alle omstandigheden onmogelijk zou zijn om kooldioxide – bijvoorbeeld uit de uitademing van een mens – om te zetten in gasvormig zuurstof, waarvoor twee zuurstofatomen nodig zouden zijn. Maar onderzoekers van de Universiteit van Californië in Davis besloten dat te proberen door kooldioxide op te wekken met een zogenaamde “hoge energie vacuüm ultraviolet laser.”

Het blijkt dat kooldioxide en andere moleculen in een sterk geëxciteerde (en nog steeds antropomorfe) toestand wat meer energie hebben om dat minimale energiepad over te slaan en, net als elke geagiteerde persoon/molecule, zin krijgen om te “zwerven”, wat een chemisch fenomeen is waarbij chemische bindingen op andere manieren zullen breken.

De onderzoekers van UC Davis ontdekten dat de chemische bindingen inderdaad op andere manieren braken, en waren in staat om kooldioxide terug te veranderen in zuurstof en een enkel koolstofatoom (ze beschrijven de ontdekking ook in Science).

Suits en Parker leggen het in hun analyse als volgt uit:

Deze CO2-resultaten kunnen een voorbeeld zijn van roaming, een bijzonder opvallende klasse van reacties die de laatste jaren is opgekomen, waarbij een geëxciteerd molecuul begint te dissociëren door eenvoudige bindingsplitsing, maar in plaats daarvan vindt een intramoleculaire reactie plaats die tot onverwachte producten leidt.

Het is een geweldige ontdekking die ons iets zou kunnen vertellen over hoe de aardatmosfeer is ontstaan. Het ultraviolette vacuümlicht kan namelijk een wisselwerking aangaan met kooldioxide in de bovenste atmosfeer, waar het zonlicht op moleculen in het vacuüm van de ruimte valt.

De meeste zuurstof op aarde is afkomstig van de “Grote Zuurstofvorming”, waarvan wetenschappers denken dat deze ongeveer 2,4 miljard jaar geleden plaatsvond onder invloed van fotosynthese. Maar recenter hebben wetenschappers betoogd dat er tenminste kleine hoeveelheden zuurstof ergens in de atmosfeer van de Aarde moesten zijn om die gebeurtenis oorspronkelijk te laten plaatsvinden, en deze vondst zou duidelijk een verklaring zijn voor hoe die zuurstof kon hebben bestaan.

En, omdat het vrijdag is en omdat we hier bij Motherboard graag naar de verre toekomst kijken, bedenk eens wat deze vondst mogelijk zou kunnen betekenen: Dit experiment bewijst dat we de middelen hebben, hier op aarde, om een afvalproduct van de menselijke ademhaling te nemen en het terug te zetten in de input.

Ik vroeg de auteurs van deze studie of ze dachten dat de bevinding implicaties had voor verre toekomst apparaten waar je zou kunnen maken, laten we zeggen, een gesloten-systeem ademhalingsapparaat waar mensen in de ruimte kooldioxide kunnen uitademen en een aantal kleine vacuüm ultraviolet laser zou kunnen blazen het terug in zuurstof die weer kon worden ingeademd.

Niemand van de onderzoekers die ik e-mailde, reageerde helaas op mij, maar, in hun analyse, merken Suits en Parker op dat nieuwe wegen en alternatieven voor hoge energie vacuüm ultraviolet lasers worden onderzocht om roaming te induceren. High energy vacuum ultraviolet lasers lijken immers veel energie te vergen om te werken – wat mogelijk elk klimaatvoordeel tenietdoet, als je daar al aan denkt – maar hé, je weet maar nooit.

Het zou sciencefictionschrijvers op zijn minst wat nieuw materiaal moeten geven om mee te werken.