Son iki yüzyıldır insanlar enerji ihtiyaçlarını karşılamak için fosil yakıtlara yönelmişlerdir. Yüz milyonlarca yıllık fotosentez, yoğun bir enerjiye sahip sıkı bir madde olarak sıkıştırılmıştır. Ancak bu kaynağın bir sonu vardır; fosil yakıt tüketiminin iklim üzerinde olumsuz etkileri bulunmaktadır.

Bilim insanlarının araştırdığı noktalardan biri, bitkilerin sistemlerini yeniden işleyerek "yapay fotosentez" sistemi elde etmektir. Ancak tek bir yapraktaki kimyasal donanım bile inanılmaz derecede karmaşıktır ve insanların kullanım amacına yönelik çevirmek o kadar kolay değildir.

Fotosentezin Süreçleri

Fotosentez iki adımdan oluşmaktadır: Birincisi, suyu ve karbondioksiti parçalamak; ikincisi, atomları yeniden bağlayarak karbonhidratları oluşturmaktır. Chicago Üniversitesi’nden Profesör Lin ve ekibi, karbonhidratlar yerine dört hidrojen molekülü ile çevrili bir karbon olan ve metan üreten bir sistem oluşturmak istemişlerdir. Doğal fotosentez; bitkilerin güneş gücünü kullanarak karbondioksite (CO2) ve suyu karbonhidratlara dönüştürmesine izin verirken, yapay yöntem karbondioksit ile suyu metan ve etanol gibi yüksek enerjili yakıtlara dönüştürebilmektedir. Bu, antik kayalardan çıkarılan fosil yakıtlara bir alternatif sağlayabilmektedir. Doğal fotosentez, bitkilerin kendi kendilerini beslemeleri için yeterli olmakla birlikte evleri, şehirleri ve insanları beslemek için gereken enerji miktarını sağlamada yetersiz kalmaktadır. Bu sebeple Profesör Lin: "Karşı karşıya kaldığımız en büyük zorluk, kullandığımız enerji miktarı için doğanın bile bir çözümü olmamasıdır. Doğanın yaptığından daha iyisini yapmak zorunda kalacağız ve bu korkutucu." şeklinde açıklama yapmıştır.

Yapay Fotosentezin Üretim Süreci

Lin ve laboratuvar ekibi, bugüne kadar yapay fotosentez sistemlerinin içermediği bir şeyi -aminoasitleri- sisteme eklemeyi deneyebileceklerini düşünmüşlerdir. Böylece, önceki sentetik fotosentez yöntemlerinden 10 kat daha verimli bir yapay fotosentez sistemi geliştirmişlerdir. Geliştirdikleri bu sistem, yakın bir tarihte Nature Catalysis dergisinde yayınlanmıştır. Ekip öncelikle, bir metal elementi ve organik molekülden oluşan, metal-organik çerçeveye sahip yapay enzim tasarlamıştır. Bu enzimin yapısal kombinasyonları üzerinde çalışarak iki farklı koleksiyon (library) elde etmişlerdir. Metal elementleri, amino asitleri ve diğer kofaktörleri bir araya getirerek üzerinde düzenlemeler yapılmaya elverişli metal-organik bir çerçeve katmanı oluşturmuşlardır. Geliştirilen bu yöntem bilim insanlarına keşif süreçlerinde yeni bir yön vermekte ve kısa vadede üretimi daha kompleks olan diğer sistemlerde kullanılarak bazı kimyasalların üretimi için yararlı olabilmektedir. Örneğin, havada element halinde bulunan azot, bu sistem yardımıyla indirgenerek azotun organik formlarına dönüştürülebilmektedir.

Sonuç olarak, Profesör Lin’in sözleri ile durumu özetlemek gerekirse: "Bu, mevcut sistemler üzerinde çok büyük bir gelişme. Daha da önemlisi, bu yapay sistemin moleküler düzeyde nasıl çalıştığına dair çok net bir anlayış ortaya koyabildik ki bu daha önce başarılamamıştı."