Ηράκλειο Του Παναγιώτη Γεωργουδή
Για πρώτη φορά στον κόσμο παρήχθη νερό μόνο από οξυγόνο, με τη χρήση ηλιακής ενέργειας. Το μείζον αυτό επιστημονικό επίτευμα σε διεθνές επίπεδο, που ανοίγει δρόμους για παραγωγή νερού από το οξυγόνο του αέρα με συστήματα απολύτως συμβατά με το περιβάλλον, αφού είναι δημιουργικά αντίγραφα της φύσης, επιτεύχθηκε στο Εργαστήριο Βιοανόργανης Χημείας του Πανεπιστημίου Κρήτης με επικεφαλής τον καθηγητή Θανάση Κουτσολέλο.
Συγκεκριμένα, η ερευνητική ομάδα του κ. Κουτσολέλου κατόρθωσε να παραγάγει νερό από μοριακό οξυγόνο, χρησιμοποιώντας ένα νέο καταλυτικό σύστημα. Τα δύο επιμέρους «συστατικά» είναι μια χρωμοφόρα ουσία, η πορφυρίνη, τεχνητό παράγωγο της χλωροφύλλης των φυτών και της αιμοσφαιρίνης του ανθρώπινου σώματος, αλλά την παρασκεύασαν συνθετικά στο εργαστήριο, καθώς και ένα μεταλλοένζυμο του χαλκού, η λακάση, η οποία παράγεται σε ορισμένα δέντρα και την οποία επίσης παρασκεύασαν συνθετικά.
Ετσι άνοιξε ένας καινούργιος δρόμος για μετατροπή του μοριακού οξυγόνου σε νερό παρουσία ηλιακής ακτινοβολίας με βιοεμπνεόμενα συστήματα τα οποία μιμούνται τη λειτουργία της φύσης και σέβονται το οικοσύστημα σε μια περίοδο παγκόσμιας λειψυδρίας. Η πρωτοποριακή αυτή ανακάλυψη, που δημοσιεύει αποκλειστικά η «Εφ.Συν.», πρόκειται να δημοσιευτεί στο κορυφαίο παγκοσμίως επιστημονικό περιοδικό Χημείας «Journal of the American Chemical Society» (JACS). Με την πλήρη απουσία χρηματοδότησης από την ελληνική πολιτεία που εδώ και πολλά χρόνια έχει υποβαθμίσει τον στρατηγικό τομέα της έρευνας σε παρείσακτη διαδικασία, οι Ελληνες επιστήμονες αβοήθητοι θριαμβεύουν.
- Κύριε Κουτσολέλο, ποια είναι η δραστηριότητα του εργαστηρίου σας σε σχέση με τα φυσικά συστήματα και ειδικώς το φως;
Το ηλιακό φως είναι το τμήμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τον ήλιο. Τα στοιχειώδη σωματίδια του ηλιακού φωτός (φωτόνια) ανάλογα με το μήκος κύματος στο οποίο αντιστοιχούν (κυρίως στην περιοχή του υπέρυθρου, ορατού και υπεριώδους) καλύπτουν ένα εύρος διαφορετικών ενεργειών. Οταν αυτά προσπίπτουν στα μόρια ενός χρωμοφόρου υλικού, ανάλογα με την ενέργειά τους, είτε ανακλώνται, είτε το διαπερνούν, είτε απορροφώνται από αυτά. Η απορρόφηση φωτονίων προκαλεί μετατόπιση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας των μορίων του χρωμοφόρου υλικού, δηλαδή δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα. Σε αυτή τη διαδικασία μετατροπής της ηλιακής ενέργειας βασίζεται μια από τις πιο εξελιγμένες τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος αλλά και παραγωγής υδρογόνου.
Το εργαστήριο Βιοανόργανης Χημείας του τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου Κρήτης έλαβε υψηλή χρηματοδότηση για τη διεξαγωγή έρευνας στη σύνθεση και τον χαρακτηρισμό νέων υβριδικών χρωμοφόρων υλικών για εφαρμογή σε διαδικασίες μετατροπής ηλιακής ενέργειας μέσω πολλών ευρωπαϊκών προγραμμάτων (www.biosolenuti.gr). Πρόσφατα έγινε μέλος του ευρωπαϊκού προγράμματος PERSPECT H2O, στόχος του οποίου είναι η καταλυτική μετατροπή οξυγόνου σε νερό αλλά και η διάσπαση του νερού σε οξυγόνο και υδρογόνο. Ο σχεδιασμός των υλικών αυτών έχει σαν πηγή έμπνευσης τις αντίστοιχες διεργασίες που χρησιμοποιούνται στη φύση (φωτοσύνθεση).
- Με ποιον τρόπο δημιουργήσατε νερό από οξυγόνο;
Μια αποτελεσματική χρήση της ηλιακής ενέργειας θα ήταν να μπορεί κανείς να πραγματοποιήσει μια χρήσιμη καταλυτική δράση. Αυτό θα μπορούσε να επιτευχθεί με την εύρεση ενός σταθερού συστήματος όπου η απορρόφηση του ηλιακού φωτός από μια χρωστική θα μπορούσε να δώσει το έναυσμα για μεταφορά ηλεκτρονίων σε ένα καταλυτικό πολυ-πυρηνικό κέντρο. Το εργαστήριο Βιοανόργανης Χημείας σε συνεργασία με τους συνεργάτες του Thierry Tron στη Μασσαλία και την Julia Weinstein στο Sheffield χρησιμοποίησαν σαν χρωμοφόρο ένα πορφυρινικό υδατοδιαλυτό σύστημα παρουσία μιας λακάσης, ένα γνωστό και πολύ σταθερό σύστημα που μπορεί να μετατρέψει καταλυτικά το μοριακό οξυγόνο σε νερό.
Με τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν από την παραπάνω ομάδα συνεργασίας κατάφεραν να μετατρέψουν μοριακό οξυγόνο σε νερό με ένα διάλυμα τετραμεθυλο-πυριδινυλο-πορφυρίνη και την οξειδάση της λακάσης (ενός πολυπυρηνικού κέντρου 4 ατόμων χαλκού). Το ένζυμο φωτοανάγεται μέσα σε λίγα λεπτά με ένα μείγμα πορφυρίνης-ενζύμου αναλογίας 1/40. Με πειράματα flash φωτόλυσης απέδειξαν τη δημιουργία ενός ενδιαμέσου της τριπλά διεγερμένης κατάστασης του χρωμοφόρου σε μια κατιονική ρίζα. Το τελευταίο δίνει και την έναυση της καταλυτικής δράσης με 8 καταλυτικούς κύκλους το λεπτό. Το παραπάνω σύστημα είναι το πρώτο που αναφέρεται βιβλιογραφικά και οδηγεί στη φωτοαναγωγή του οξυγόνου σε νερό.
Η σημασία της παραπάνω πρωτοποριακής εργασίας είναι μεγάλη, μια και καθιστά πιθανή στο μέλλον την ιδέα της αεροβικής μετατροπής παρουσία ηλιακού φωτός επιλεγμένων υποστρωμάτων (υλικών) με τη φωτο-καταλυτική χρήση υβριδικών συστημάτων που περιέχουν ένα ένζυμο και έναν φωτοευαισθητοποιητή. Το εργαστήριο συνεχίζει στον τομέα αυτό παρασκευάζοντας νέες χρωστικές που θα μπορούν να συνδυαστούν με κατάλληλα τροποποιημένες λακάσες (ένζυμα που περιέχουν άτομα χαλκού) και οι οποίες θα μπορούν να συνδεθούν χημικά μεταξύ τους.
