प्रकाश संश्लेषण अपग्रेडेड: क्या कृत्रिम पत्तियाँ ग्रह को शक्ति दे सकती हैं?

एक पत्ता चुपचाप लगभग तीन अरब वर्षों से वही रसायन विज्ञान चला रहा है: सूर्य का प्रकाश, पानी और कार्बन डाइऑक्साइड लें, और उन्हें शर्करा और ऑक्सीजन में बदल दें। यह वह प्रतिक्रिया है जिस पर पृथ्वी की हर खाद्य श्रृंखला अंततः निर्भर करती है। यह भी है, अगर आप रसायन विज्ञान को सही तरीके से देखें, तो एक सौर-संचालित ईंधन फ़ैक्टरी — और वह दूसरा विवरण है जिसकी नकल "कृत्रिम पत्ती" उपकरणों की एक नई पीढ़ी करने की कोशिश कर रही है।

एक वास्तविक पत्ता वास्तव में क्या कर रहा है

प्रकाश संश्लेषण के दो चरण हैं। पहले में, क्लोरोफिल प्रकाश ऊर्जा पकड़ता है और इसका उपयोग पानी के अणुओं को अलग करने के लिए करता है — ऑक्सीजन को उपोत्पाद के रूप में छोड़ते हुए और कोशिका के अंदर ऊर्जा वहन करने वाले अणु उत्पन्न करते हुए। दूसरे में, उस संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग हवा से कार्बन डाइऑक्साइड खींचने और इसे ग्लूकोज में जोड़ने के लिए किया जाता है। पानी-विभाजन चरण ऊर्जा तकनीक के लिए महत्वपूर्ण है: यह सूर्य के प्रकाश का उपयोग करके पानी से हाइड्रोजन खींचने का एक स्वच्छ तरीका है, पूरी प्रक्रिया में कोई जीवाश्म ईंधन शामिल नहीं।

एक कृत्रिम पत्ता क्या बदलता है

कृत्रिम पत्ता एक निर्मित उपकरण है — आमतौर पर उत्प्रेरक सामग्री से लेपित एक अर्धचालक — जो वही मूल तरकीब करता है: सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करें, उस ऊर्जा का उपयोग पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित करने के लिए करें। यह शर्करा बनाने के चरण को पूरी तरह छोड़ देता है और इसके बजाय हाइड्रोजन को सीधे ईंधन के रूप में एकत्र करता है, क्योंकि हाइड्रोजन गैस को जलाया जा सकता है या मांग पर ऊर्जा छोड़ने के लिए ईंधन सेल के माध्यम से चलाया जा सकता है, सूर्य के प्रकाश के विपरीत, जो केवल तभी आता है जब सूर्य ऊपर हो।

यह इसलिए मायने रखता है क्योंकि यह सौर ऊर्जा की सबसे बड़ी सीमा हल करता है: भंडारण। एक सौर पैनल बिजली उत्पन्न करता है जिसे आपको बनते ही उपयोग करना होगा या खोना होगा। हाइड्रोजन-उत्पादक कृत्रिम पत्ता ऐसा ईंधन बनाती है जिसे आप टैंक में संग्रहीत कर सकते हैं, पाइपलाइन के माध्यम से ले जा सकते हैं, या महीनों बाद जला सकते हैं — प्राकृतिक गैस के लिए पहले से बने बुनियादी ढांचे के समान का उपयोग करते हुए।

यह अभी तक जीवाश्म ईंधन की जगह क्यों नहीं ले पाया

पानी को कुशलता से विभाजित करने में सबसे अच्छा काम करने वाले उत्प्रेरक अक्सर दुर्लभ या महंगी धातुएँ होती हैं, और उपकरण वर्तमान में सूर्य के प्रकाश के उस हिस्से को उपयोग करने योग्य ईंधन में परिवर्तित करते हैं जो एक अच्छे सौर पैनल द्वारा बिजली में परिवर्तित किए जाने से कम है। 2010 के दशक से अनुसंधान ने दक्षता को काफी बढ़ाया है और सस्ती, अधिक प्रचुर उत्प्रेरक सामग्रियों की ओर बढ़ा है, लेकिन ऐसे पैमाने पर कृत्रिम पत्तियों का निर्माण जो जीवाश्म ईंधन को सार्थक रूप से विस्थापित कर सके, अभी भी आगे दक्षता लाभ और गंभीर लागत में कमी दोनों की आवश्यकता है। यह वास्तव में एक सक्रिय शोध दौड़ है, तैनाती की प्रतीक्षा कर रही कोई हल की गई समस्या नहीं। यदि वास्तविक ऊर्जा तकनीक के पीछे का जीव विज्ञान और रसायन विज्ञान — केवल परीक्षा-बोर्ड संस्करण नहीं — कुछ ऐसा है जिसे आप या आपका बच्चा वास्तव में समझना चाहते हैं, तो यही ठीक वह है जिसके इर्द-गिर्द हमारी GCSE जीव विज्ञान ट्यूशन और A-Level ट्यूशन बनाई गई है — पूरा सीखने का रास्ता यहाँ देखें।