कावानिशी, जापान, 15 नवंबर, 2022 /पीआरन्यूज़वायर/ — जनसंख्या विस्फोट के कारण जलवायु परिवर्तन, प्राकृतिक संसाधनों की कमी, प्रजातियों का विलुप्त होना, प्लास्टिक प्रदूषण और वनों की कटाई जैसे पर्यावरणीय मुद्दे दुनिया भर में और भी गंभीर होते जा रहे हैं।
कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) एक ग्रीनहाउस गैस है और जलवायु परिवर्तन के प्रमुख कारणों में से एक है। इस संदर्भ में, कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण (CO2 फोटोरिडक्शन) नामक प्रक्रिया द्वारा CO2, जल और सौर ऊर्जा से ईंधन और रसायनों के लिए कार्बनिक कच्चे माल का उत्पादन किया जा सकता है, ठीक उसी तरह जैसे पौधे करते हैं। साथ ही, इससे CO2 उत्सर्जन में भी कमी आती है, क्योंकि CO2 का उपयोग ऊर्जा और रासायनिक संसाधनों के उत्पादन के लिए कच्चे माल के रूप में किया जाता है। इसलिए, कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण को नवीनतम हरित प्रौद्योगिकियों में से एक माना जाता है।
एमओएफ (मेटल ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क) अकार्बनिक धातुओं और कार्बनिक लिंकरों के समूहों से बने अति छिद्रयुक्त पदार्थ होते हैं। इन्हें नैनोमीटर श्रेणी में आणविक स्तर पर नियंत्रित किया जा सकता है और इनका सतही क्षेत्रफल बहुत अधिक होता है। इन गुणों के कारण, एमओएफ का उपयोग गैस भंडारण, पृथक्करण, धातु अधिशोषण, उत्प्रेरण, औषधि वितरण, जल उपचार, सेंसर, इलेक्ट्रोड, फिल्टर आदि में किया जा सकता है। हाल ही में, एमओएफ में कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करने की क्षमता पाई गई है, जिससे फोटो रिड्यूस्ड कार्बन डाइऑक्साइड, यानी कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण संभव हो सकता है।
दूसरी ओर, क्वांटम डॉट्स अतिपतले पदार्थ (0.5–9 एनएम) होते हैं जिनके प्रकाशीय गुण क्वांटम रसायन विज्ञान और क्वांटम यांत्रिकी के नियमों का पालन करते हैं। इन्हें "कृत्रिम परमाणु या कृत्रिम अणु" कहा जाता है क्योंकि प्रत्येक क्वांटम डॉट में केवल कुछ या कुछ हज़ार परमाणु या अणु होते हैं। इस आकार सीमा में, इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर निरंतर नहीं रहते और क्वांटम परिरोधन प्रभाव नामक भौतिक घटना के कारण अलग हो जाते हैं। इस स्थिति में, उत्सर्जित प्रकाश की तरंगदैर्ध्य क्वांटम डॉट्स के आकार पर निर्भर करती है। उच्च प्रकाश अवशोषण क्षमता, कई एक्सिटॉन उत्पन्न करने की क्षमता और विशाल सतह क्षेत्र के कारण इन क्वांटम डॉट्स का उपयोग कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण में भी किया जा सकता है।
ग्रीन साइंस एलायंस के अंतर्गत एमओएफ और क्वांटम डॉट्स दोनों का संश्लेषण किया गया है। इससे पहले, कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण के लिए एक विशेष उत्प्रेरक के रूप में फॉर्मिक एसिड के उत्पादन में एमओएफ क्वांटम डॉट मिश्रित सामग्रियों का सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है। हालांकि, ये उत्प्रेरक पाउडर के रूप में होते हैं और प्रत्येक प्रक्रिया में इन उत्प्रेरक पाउडरों को छानकर एकत्र करना पड़ता है। इसलिए, चूंकि ये प्रक्रियाएं निरंतर नहीं हैं, इसलिए इन्हें व्यावहारिक औद्योगिक उपयोग में लाना कठिन है।
इसके जवाब में, ग्रीन साइंस एलायंस कंपनी लिमिटेड के श्री तेत्सुओ काजिनो, श्री हिरोहिसा इवाबायशी और डॉ. रयोहेई मोरी ने अपनी तकनीक का उपयोग करते हुए इन विशेष कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण उत्प्रेरकों को सस्ती कपड़ा शीटों पर स्थिर किया और फॉर्मिक एसिड के उत्पादन के लिए एक नई प्रक्रिया विकसित की, जो व्यावहारिक औद्योगिक अनुप्रयोगों में निरंतर संचालित हो सकती है। कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण अभिक्रिया पूरी होने के बाद, फॉर्मिक एसिड युक्त पानी को निष्कर्षण के लिए निकाला जा सकता है, और कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण को निरंतर जारी रखने के लिए कंटेनर में नया ताजा पानी वापस डाला जा सकता है।
फॉर्मिक एसिड हाइड्रोजन ईंधन का विकल्प हो सकता है। विश्वभर में हाइड्रोजन आधारित समाज के प्रसार में एक मुख्य बाधा यह है कि हाइड्रोजन ब्रह्मांड का सबसे छोटा परमाणु है, इसलिए इसका भंडारण करना कठिन है, और उच्च संक्षारण क्षमता वाले हाइड्रोजन टैंक का उत्पादन बहुत महंगा होगा। इसके अलावा, हाइड्रोजन गैस विस्फोटक हो सकती है और सुरक्षा के लिए खतरा पैदा कर सकती है। चूंकि फॉर्मिक एसिड तरल अवस्था में है, इसलिए इसे ईंधन के रूप में संग्रहित करना आसान है। आवश्यकता पड़ने पर, फॉर्मिक एसिड का उपयोग हाइड्रोजन के उत्पादन को उत्प्रेरित करने के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, फॉर्मिक एसिड का उपयोग विभिन्न रसायनों के कच्चे माल के रूप में किया जा सकता है।
हालांकि कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण की दक्षता अभी भी कम है, फिर भी ग्रीन साइंस एलायंस कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण के व्यावहारिक अनुप्रयोगों को स्थापित करने के लिए दक्षता में सुधार हेतु संघर्ष जारी रखेगा।