Forskare förvandlade koldioxid till syre genom att skicka en laser till den

Fotosyntesen är verkligen ett mirakel, eller hur? Den gör det möjligt för växter, bakterier och alger att ta koldioxid och, med hjälp av lite solljus, förvandla den till det syre som vi alla andas. Men nu har forskare tagit fotosyntesen ur ekvationen och lyckats framställa syre (O2) genom att zappa koldioxid (CO2) med en laser.

I kemin är den allmänna visdomen att molekyler, om vi skulle antropomorfisera dem, är lata. När koldioxiden bryts upp i sina beståndsdelar tar den ”minsta energibanan”, vilket innebär att den bryts upp i en syreatom och en kolmonoxidmolekyl (CO), eftersom CO, som kemisterna Arthur Suits och David Parker förklarar i en ny analys i Science, ”har en mycket stabilare tvåatomig bindning än O2″.”

Om jag skulle göra en ASCII-artversion av hur de kemiska bindningarna i koldioxid ser ut, skulle den se ut ungefär så här:

O=C=O

Koldioxid är dubbelbundet till syreatomerna, och det är kemiskt sett mycket enklare att helt enkelt kapa en av dessa bindningar och skapa en CO-molekyl och en syreatom.

Den konventionella visdomen har alltså varit att det under nästan alla omständigheter skulle vara omöjligt att ta koldioxid – till exempel från en människas utandning – och omvandla den tillbaka till gasformigt syre, vilket skulle kräva två syreatomer. Men så bestämde sig forskare vid University of California, Davis för att försöka göra just detta genom att excitera koldioxid med hjälp av en så kallad ”high energy vacuum ultraviolet laser”.”

Det visar sig att koldioxid och andra molekyler i ett högt exciterat (och fortfarande antropomorfiserat) tillstånd har lite mer energi för att hoppa över den där vägen med minsta energi och, som alla upprörda personer/molekyler, känner för att ”vandra”, vilket är ett kemiskt fenomen där kemiska bindningar kommer att brytas på andra sätt.

Uc Davis-forskarna fann att de kemiska bindningarna verkligen bröts på andra sätt och kunde förvandla koldioxid tillbaka till syre och en enda kolatom (de beskriver också upptäckten i Science).

Suits och Parker förklarar det i sin analys så här:

Dessa CO2-resultat kan vara ett exempel på roaming, en särskilt slående klass av reaktioner som har dykt upp under de senaste åren, där en exciterad molekyl börjar dissociera genom enkel bindningssplittring, men i stället sker en intramolekylär reaktion som leder till oväntade produkter.

Det är en fantastisk upptäckt som kan berätta något om hur jordens atmosfär bildades. Faktum är att ultraviolett vakuumljus ofta kan interagera med koldioxid i den övre atmosfären, där solens ljus träffar molekyler i rymdens vakuum.

Det mesta av syret på jorden kom från ”den stora syrebildningshändelsen”, som forskarna tror var en fotosyntetiskt ledd händelse som inträffade för ungefär 2,4 miljarder år sedan. Men på senare tid har forskare hävdat att det åtminstone måste ha funnits små mängder syre någonstans i jordens atmosfär för att den händelsen ursprungligen skulle inträffa, och det här fyndet skulle uppenbarligen vara en förklaring till hur det syret kan ha funnits.

Och, eftersom det är fredag och eftersom vi gillar att titta på den långa framtiden här på Motherboard, tänk på vad fyndet potentiellt skulle kunna betyda: Det här experimentet bevisar att vi här på jorden har möjlighet att ta en avfallsprodukt från mänsklig andning och omvandla den tillbaka till insatsen.

Jag kontaktade författarna till den här studien för att fråga om de trodde att fyndet hade några implikationer för framtida apparater där man skulle kunna skapa, låt oss säga, en andningsapparat med ett slutet system där människor i rymden skulle kunna andas ut koldioxid och en liten vakuum-ultraviolettlaser skulle kunna blåsa tillbaka den till syre som skulle kunna andas in igen.

Ingen av de forskare som jag mejlade svarade mig, tyvärr, men i sin analys noterar Suits och Parker att nya vägar och alternativ till högenergetiska ultravioletta vakuumlasrar undersöks för att framkalla roaming. Ultravioletta lasrar med hög energi i vakuum verkar trots allt kräva mycket energi för att fungera – vilket potentiellt skulle kunna motverka alla klimatfördelar, om man tänker på det – men man vet ju aldrig.

Det borde åtminstone ge sci-fi-författare lite nytt material att arbeta med.