Zielone Brygady nr 34

W POGONI ZA NOWYM ŹRÓDŁEM ENERGII

Jednym z następstw tzw. efektu cieplarnianego, który obok zanikania ozonowej warstwy ochronnej Ziemi jest najpoważniejszym problemem ekologicznym o wymiarze globalnym, jest podniesienie się poziomu morza. Spowodowane jest to przede wszystkim topieniem się lodowców. W ciągu ostatnich stu lat poziom morze podniósł się przeciętnie o 1020 cm, przy ociepleniu się temperatury powietrza o jedyne pół stopnia Celsjusza. Należy przy tym pamiętać, że podniesienie się poziomu morza o 1 m spowodowałoby zalanie znacznych obszarów Ziemi. Jednym z podstawowych środków, które mają zaradzić dalszemu ocieplaniu się klimatu jest drastyczna redukcja emisji CO2. Według naukowców zebranych na konferencji w Toronto w 1988r., niezbędne jest jej zmniejszenie do 2005r. o 20%.

Jeżeli przyjąć, że znaczną część tejże stanowi CO2 ze spalania węgla w elektrowniach, to tak jakbyśmy stali przed koniecznością wypracowania nowych źródeł energii.

Bez wątpienia trzeba będzie sięgnąć na większą skalę do energii słonecznej i wiatraków, które jednak do końca stulecia będą mogły pokryć jedynie 8-10% ogólnego zapotrzebowania.

Problem, przynajmniej częściowo, mogłaby rozwiązać energia jądrowa, jednak nikt nie zagwarantuje bezpiecznego jej wytwarzania. Nie ma także, jak dotąd, sposobu neutralizowania odpadów radioaktywnych. W wielu laboratoriach pracuje się obecnie nad uzyskaniem energii na zasadzie fotosyntezy i w tym właśnie należy, być może, upatrywać nadziei na rozwiązanie problemu energetycznego.

Pracę pionierską nad wykryciem całej formuły wykonały przed 3,5 mld lat bakterie pierwotne. Z konieczności nauczyły się wychwytywać promienie słoneczne, by za ich pomocą wyprodukować sobie pożywienie. Zasada jest banalnie prosta:
CO2 + H2O + światło = cukier + O2
- cała tajemnica życia, której naukowcy nadali nazwę: fotosynteza. Z gleby czerpią rośliny wodę, z powietrza CO2. Energię słoneczną zaś, przede wszystkim niebieskie i czerwone promienie świetlne wykorzystują, by z tych substancji w swoich zielonych liściach wyprodukować wysokoenergetyczny cukier. Jako produkt uboczny powstaje tlen.

Setki naukowców starają się od dziesięcioleci skutecznie naśladować mechanizm fotosyntezy - molekułę po molekule, dziesięciotysięczną sekundy po dziesięciotysięcznej sekundy. Sztuczna fotosynteza stworzyłaby fantastyczne wprost możliwości, zaoferowałaby tanie, niewyczerpalne i absolutnie bezpieczne źródło energii. Słońce świeci za darmo. Wody i CO2 też mamy pod dostatkiem. Tlen jako produkt uboczny - fantastyczne. Fachowcy upatrują też w tym możliwość powstrzymania efektu cieplarnianego.

Każdy liść składa się z tysicy komórek. Każda komórka zaś z chloroplastów zawierających chlorofil, pigment, który nadaje liściom zielony kolor, i który wprawiają w wibrację promienie Słońca. W naturze obowiązuje zasada małych kroczków. Rośliny wytwarzają energię w setkach drobiazgowych procesów o dużych ubytkach. Fotosynteza wykorzystuje zaś jedynie 0,12% promieni słonecznych padających na kulę ziemską. Dlatego jako taka naukowców nie interesuje. Najważniejszy jest dla nich jej pierwszy etap - przechwycenie promienia słonecznego. Odpowiedź leży w chloroplastach, które uważane są za centra reakcji.

Trzem naukowcom z Instytutu Maxa Plancka pod Monachium udało się w 1984r. rozpoznać przy pomocy promieni Roentgena budowę takiego centrum reakcji u bakterii, która jak rośliny żyje z fotosyntezy. W jej centrum rozgrywają się jedne z najszybszych procesów chemicznych, jakie udało się zmierzyć. Wyłapywane promienie świetlne wprawiają w ruch cząstki atomowe - zaczyna działać pompa protonowa. Owalne centrum reakcji leży w membranie, z której wystają jedynie jego końcówki - nazwijmy je antenami. Anteny wyłapują promienie światła i wysyłają je tak szybko jak to tylko możliwe do chlorofilu na krańcu centrum. Każdy kwant światła wprawia pigment w tak silne drgania, że z molekuły zostaje wyrzucony elektron. W ciągu 3 pikosekund (milionowa część milionowej sekundy) dostaje się on do środka takiego centrum reakcyjnego. Po następnych 20 pikosekundach elektron znajduje się już na przeciwległym końcu membrany, przemierzywszy całe centrum - ok. 40 angstremów (miliardowa część milimetra), dla atomu podróż niemalże dookoła świata. Molekuły transportowe wysyłają elektron z powrotem do chlorofilu, gdzie oddziałuje na niego następna wiązka promienia. I tak cała reakcja się powtarza.

Przy transporcie elektronu molekuły transportowe zabierają też przy okazji jeden proton, dodatnio naładowane jądro atomu wodoru (z obecnej w każdej komórce wody). Każdorazowo zostaje w ten sposób przetransportowany jeden proton z jednej strony membrany na drugą. Tu powstaje deficyt, tam nadmiar dodatniego ładunku.

Uczeni starają się skonstruować taką właśnie pompę protonową, która miałaby produkować wodór, z którego z kolei można by było z łatwością uzyskiwać prąd. Na tej samej zasadzie istniałaby też możliwość produkowania metanu - potencjalnego eliminatora CO2, powodujcego efekt cieplarniany.

Pierwsze próby zostały już przeprowadzone. Zbyt często dochodzi jednak do rekombinacji - wytrącony elektron wraca na miejsce startu zamiast udać się na przeciwległy koniec membrany.

Gdy naukowcy pracują w swoich laboratoriach nad naśladowaniem procesu fotosyntezy, w zagrożeniu znajdują się organizmy, które proces tem wykształciły. Ochronna warstwa ozonu zanika, co stwarza realne niebezpieczeństwo, że do powierzchni Ziemi docierać będzie większa ilość promieni ultrafioletowych, a co z kolei może się okazać zabójcze dla komórek.

Albert Lewicki
Na podstawie Raportu Klubu Rzymskiego z 1991 r. oraz tygodnika DIE ZEIT.

ZB nr 4(34)/92, Kwiecień '92

Początek strony