Scientists Turned Carbon Dioxide into Oxygen by Zapping It with a Laser

Fotosynteza na pewno jest cudem, prawda? Dzięki niej rośliny, bakterie i algi mogą pobierać dwutlenek węgla i z pomocą światła słonecznego zamieniać go w tlen, którym wszyscy oddychamy. Ale teraz naukowcy wzięli fotosyntezę z równania i udało się zrobić tlen (O2) przez zapping dwutlenku węgla (CO2) z laserem.

W chemii, ogólna mądrość jest to, że cząsteczki, gdybyśmy mieli je antropomorfizować, są leniwe. Dwutlenek węgla, gdy jego wiązania są rozbijane na części składowe, przyjmuje „ścieżkę minimalnej energii”, co oznacza, że rozpadnie się na jeden atom tlenu i cząsteczkę tlenku węgla (CO), ponieważ, jak wyjaśniają chemicy Arthur Suits i David Parker w nowej analizie w Science, CO „posiada znacznie bardziej stabilne wiązanie dwuatomowe niż O2.”

Gdybym miał zrobić wersję sztuki ASCII tego, jak wyglądają wiązania chemiczne w dwutlenku węgla, byłoby to coś takiego:

O=C=O

Węgiel jest podwójnie związany z atomami tlenu, i jest o wiele łatwiej, z chemicznego punktu widzenia, po prostu odciąć jedno z tych wiązań i stworzyć cząsteczkę CO i atom tlenu.

Więc, konwencjonalna mądrość była taka, że w prawie wszystkich okolicznościach, byłoby niemożliwe, aby wziąć dwutlenek węgla – powiedzmy, z ludzkiego wydechu, na przykład – i zamienić go z powrotem w gazowy tlen, który wymagałby dwóch atomów tlenu. Ale wtedy naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis postanowili spróbować to zrobić, wzbudzając dwutlenek węgla za pomocą tak zwanego „próżniowego lasera ultrafioletowego o wysokiej energii”.”

Okazuje się, że w wysoce wzbudzonym (i wciąż antropomorfizowanym) stanie, dwutlenek węgla i inne cząsteczki mają nieco więcej energii, aby pominąć tę minimalną ścieżkę energetyczną i, jak każda wzburzona osoba/cząsteczka, czują się jak „wędrowcy”, co jest zjawiskiem chemicznym, w którym wiązania chemiczne będą pękać w inny sposób.

Badacze z UC Davis stwierdzili, że wiązania chemiczne rzeczywiście pękają w inny sposób i byli w stanie przekształcić dwutlenek węgla z powrotem w tlen i pojedynczy atom węgla (opisują również odkrycie w Science).

Suits i Parker wyjaśniają to w swojej analizie w ten sposób:

Te wyniki CO2 mogą być przykładem roamingu, szczególnie uderzającej klasy reakcji, która pojawiła się w ostatnich latach, w której wzbudzona cząsteczka zaczyna dysocjować przez proste rozszczepienie wiązań, ale zamiast tego zachodzi reakcja wewnątrzcząsteczkowa, która prowadzi do nieoczekiwanych produktów.

To wspaniałe odkrycie, które może nam powiedzieć coś o tym, jak uformowała się ziemska atmosfera. W rzeczywistości, próżniowe światło ultrafioletowe może powszechnie oddziaływać z dwutlenkiem węgla w górnej atmosferze, gdzie światło słoneczne uderza w cząsteczki w próżni kosmicznej.

Większość tlenu na Ziemi pochodzi z „Wielkiego Zdarzenia Utleniania”, które naukowcy uważają za fotosyntetyczne zdarzenie występujące około 2,4 miliarda lat temu. Ale ostatnio naukowcy twierdzą, że musiały być przynajmniej małe ilości tlenu gdzieś w atmosferze Ziemi dla tego wydarzenia, aby pierwotnie wystąpić, a to odkrycie byłoby najwyraźniej jednym z wyjaśnień, jak ten tlen mógł istnieć.

A ponieważ jest piątek i ponieważ lubimy patrzeć w daleką przyszłość tutaj w Motherboard, pomyśl o tym, co to odkrycie może potencjalnie oznaczać: Ten eksperyment dowodzi, że mamy środki, tu na Ziemi, aby wziąć produkt odpadowy ludzkiego oddychania i włączyć go z powrotem do wkładu.

Sięgnąłem do autorów tego badania o tym, czy uważają, że znalezisko miało jakiekolwiek implikacje dla urządzeń dalekiej przyszłości, gdzie można by stworzyć, powiedzmy, aparat oddechowy w systemie zamkniętym, gdzie ludzie w kosmosie mogliby wydychać dwutlenek węgla, a jakiś mały próżniowy laser ultrafioletowy mógłby go wysadzić z powrotem w tlen, który mógłby być ponownie wdychany.

Żaden z badaczy, do których wysłałem e-maila nie odpowiedział mi, niestety, ale w swojej analizie, Suits i Parker zauważają, że nowe drogi i alternatywy dla wysokiej energii próżniowych laserów ultrafioletowych są badane w celu wywołania roamingu. Wysokoenergetyczne próżniowe lasery ultrafioletowe, mimo wszystko, wydają się wymagać dużo mocy do działania, co mogłoby potencjalnie zaprzeczyć wszelkim korzyściom klimatycznym, jeśli twój umysł poszedł w tym kierunku, ale hej, nigdy nic nie wiadomo.

Przynajmniej, powinno to dać pisarzom sci-fi trochę nowego materiału do pracy.