કાવાનિશ, જાપાન, ૧૫ નવેમ્બર, ૨૦૨૨ /PRNewswire/ — વિશ્વની વસ્તી વધારાને કારણે આબોહવા પરિવર્તન, સંસાધનોનો ઘટાડો, પ્રજાતિઓનો લુપ્તતા, પ્લાસ્ટિક પ્રદૂષણ અને વનનાબૂદી જેવા પર્યાવરણીય મુદ્દાઓ વધુ ગંભીર બની રહ્યા છે.
કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO2) એ ગ્રીનહાઉસ ગેસ છે અને આબોહવા પરિવર્તનના મુખ્ય કારણોમાંનું એક છે. આ સંદર્ભમાં, "કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ (કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું ફોટોરેડક્શન)" નામની પ્રક્રિયા કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, પાણી અને સૌર ઊર્જામાંથી બળતણ અને રસાયણો માટે કાર્બનિક કાચો માલ ઉત્પન્ન કરી શકે છે, જેમ કે છોડ કરે છે. તે જ સમયે, તેઓ CO2 ઉત્સર્જન ઘટાડે છે, જેનો ઉપયોગ ઊર્જા અને રાસાયણિક ઉત્પાદન માટે ફીડસ્ટોક તરીકે થાય છે. તેથી, કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણને સૌથી અદ્યતન ગ્રીન ટેકનોલોજીઓમાંની એક તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
MOFs (ધાતુ-કાર્બનિક ફ્રેમવર્ક) એ અકાર્બનિક ધાતુઓ અને કાર્બનિક લિંકર્સના ક્લસ્ટરોથી બનેલા સુપરપોરસ પદાર્થો છે. તેમને નેનો રેન્જમાં મોટા સપાટી વિસ્તાર સાથે પરમાણુ સ્તરે નિયંત્રિત કરી શકાય છે. આ ગુણધર્મોને કારણે, MOFs ગેસ સંગ્રહ, વિભાજન, ધાતુ શોષણ, ઉત્પ્રેરક, દવા વિતરણ, પાણી શુદ્ધિકરણ, સેન્સર, ઇલેક્ટ્રોડ, ફિલ્ટર્સ વગેરેમાં લાગુ કરી શકાય છે. MOFs તાજેતરમાં CO2 ને કેપ્ચર કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે, જેનો ઉપયોગ CO2 ફોટોરિડક્શન દ્વારા કાર્બનિક પદાર્થો ઉત્પન્ન કરવા માટે થઈ શકે છે, જેને કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.
બીજી બાજુ, ક્વોન્ટમ બિંદુઓ અતિ-નાના પદાર્થો (0.5-9 નેનોમીટર) છે જેમાં ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો હોય છે જે ક્વોન્ટમ રસાયણશાસ્ત્ર અને ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના નિયમોનું પાલન કરે છે. તેમને "કૃત્રિમ પરમાણુઓ અથવા કૃત્રિમ પરમાણુઓ" કહેવામાં આવે છે કારણ કે દરેક ક્વોન્ટમ બિંદુમાં ફક્ત થોડા થી હજારો પરમાણુઓ અથવા પરમાણુઓ હોય છે. આ કદ શ્રેણીમાં, ઇલેક્ટ્રોનના ઊર્જા સ્તર હવે સતત નથી રહેતા અને ક્વોન્ટમ કન્ફાઇનમેન્ટ અસર તરીકે ઓળખાતી ભૌતિક ઘટનાને કારણે અલગ થઈ જાય છે. આ કિસ્સામાં, ઉત્સર્જિત પ્રકાશની તરંગલંબાઇ ક્વોન્ટમ બિંદુના કદ પર આધાર રાખે છે. આ ક્વોન્ટમ બિંદુઓ તેમની ઉચ્ચ પ્રકાશ શોષણ ક્ષમતા, બહુવિધ ઉત્તેજના ઉત્પન્ન કરવાની ક્ષમતા અને મોટા સપાટી વિસ્તારને કારણે કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણમાં પણ લાગુ કરી શકાય છે.
ગ્રીન સાયન્સ એલાયન્સ દ્વારા MOF અને ક્વોન્ટમ ડોટ્સ બંનેનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું છે. અગાઉ, તેઓએ કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે ખાસ ઉત્પ્રેરક તરીકે ફોર્મિક એસિડ ઉત્પન્ન કરવા માટે MOF-ક્વોન્ટમ ડોટ કમ્પોઝિટનો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કર્યો છે. જો કે, આ ઉત્પ્રેરક પાવડર સ્વરૂપમાં હોય છે અને આ ઉત્પ્રેરક પાવડર દરેક પ્રક્રિયામાં ગાળણક્રિયા દ્વારા એકત્રિત કરવા આવશ્યક છે. તેથી, તેને વાસ્તવિક ઔદ્યોગિક ઉપયોગમાં લાગુ કરવું મુશ્કેલ છે કારણ કે આ પ્રક્રિયાઓ સતત નથી.
જવાબમાં, ગ્રીન સાયન્સ એલાયન્સ કંપની લિમિટેડના શ્રી કાજિનો ટેત્સુરો, શ્રી ઇવાબાયાશી હિરોહિસા અને ડૉ. મોરી ર્યોહેઈએ તેમની ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને આ ખાસ કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉત્પ્રેરકોને સસ્તા કાપડના કાપડ પર સ્થિર કર્યા અને એક નવો ફોર્મિક એસિડ પ્લાન્ટ ખોલ્યો. આ પ્રક્રિયા વ્યવહારિક ઔદ્યોગિક ઉપયોગો માટે સતત ચલાવી શકાય છે. કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રતિક્રિયા પૂર્ણ થયા પછી, ફોર્મિક એસિડ ધરાવતું પાણી બહાર કાઢી શકાય છે અને કાઢી શકાય છે, અને પછી કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ ફરી શરૂ કરવા માટે કન્ટેનરમાં નવું તાજું પાણી ઉમેરી શકાય છે.
ફોર્મિક એસિડ હાઇડ્રોજન ઇંધણનું સ્થાન લઈ શકે છે. હાઇડ્રોજન આધારિત સમાજને વિશ્વભરમાં અપનાવવામાં આવતા અવરોધનું એક મુખ્ય કારણ એ છે કે બ્રહ્માંડનો સૌથી નાનો અણુ, હાઇડ્રોજન, સંગ્રહ કરવો મુશ્કેલ છે, અને હાઇડ્રોજનનો સારી રીતે સીલબંધ જળાશય બનાવવો ખૂબ ખર્ચાળ હશે. વધુમાં, હાઇડ્રોજન ગેસ વિસ્ફોટક હોઈ શકે છે અને સલામતી માટે જોખમ ઊભું કરી શકે છે. ફોર્મિક એસિડને બળતણ તરીકે સંગ્રહિત કરવું ખૂબ સરળ છે કારણ કે તે પ્રવાહી છે. જો જરૂરી હોય તો, ફોર્મિક એસિડ હાઇડ્રોજનને સ્થાને ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રતિક્રિયાને ઉત્પ્રેરિત કરી શકે છે. વધુમાં, ફોર્મિક એસિડનો ઉપયોગ વિવિધ રસાયણો માટે કાચા માલ તરીકે થઈ શકે છે.
કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણની કાર્યક્ષમતા હાલમાં ખૂબ ઓછી હોવા છતાં, ગ્રીન સાયન્સ એલાયન્સ કાર્યક્ષમતા વધારવા અને ખરેખર લાગુ કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ રજૂ કરવા માટે લડત ચાલુ રાખશે.