Umělá fotosyntéza. Kredit: Peter Allen.

Lidé po celá staletí průmyslové revoluce spoléhají na fosilní paliva. Bylo to jízda, ale do nekonečna to nepůjde. Jednou z možných alternativ ke spalování dávné organické hmoty je fotosyntéza. Zelené a jinak barevné organismy dovedou těžit solární energii a proměňovat ji na organickou hmotu.

Wenbin Lin. Kredit: University of Chicago.

Postupně se ale ukázalo, že tradiční přírodní fotosyntéza nestačí. Není ostatně dokonalá, to je na první pohled vidět. Fotosyntetické komponenty nenavrhoval žádný mystický inženýr, ale ukuchtila je evoluce, slepá šmudla, která až bolestně často nenachází globálně optimální řešení.

Řešením by se mohla stát umělá fotosyntéza, syntetický proces, který napodobuje přírodní postup. Původní fotosyntetický aparát je ale hodně složitý a není snadné ho vytvořit v laboratorních podmínkách. Přesto jsme svědky významných objevů a slibných technologií. Na rozdíl od přírodní kyslíkové fotosyntézy, která vyrábí cukr z oxidu uhličitého a vody, může umělá fotosyntéza vyrábět etanol, metan nebo jiná paliva.

Logo. Kredit: University of Chicago.

Chemik Wenbin Lin z americké University of Chicago a jeho kolegové vyvinuli pozoruhodný nový systém umělé fotosyntézy, který své předchůdce poráží výkonem o řád. Je to ohromné zlepšení, ale nebylo to jen tak. Klíčem k úspěchu podle nich bylo detailní prostudování a objasnění příslušných mechanismů na molekulární úrovni.

Ve fotosyntetickém systému Linova týmu se uplatnila kovoorganická kostra čili koordinační polymer MOF (podle anglického Metal-Organic Framework). Oproti dosavadním fotosyntetickým systémům použili jako zajímavé vylepšení aminokyseliny, které navázali k jednovrstevnému MOFu. Vznikl pozoruhodný komplex MOZ (Metal-Organic-Zyme), v němž fungují aktivní centra, podobně jako u přírodních enzymů.

Badatelé optimalizovali několik MOZů s mírně odlišným chemickým složením a vytvořili velice efektivní systém umělé fotosyntézy, který vyrábí z oxidu uhličitého a vody metan, kyslík a oxid uhelnatý. K praktickému využití ještě zbývá dlouhá cesta, ale již teď jde o průlomovou technologii, která by se mohla prosadit i u dalších průmyslových chemických reakcí.

Literatura

University of Chicago 10. 11. 2022.

Nature Catalysis online 10. 11. 2022.