Fotosyntéza

Fotosysntéza (trvale obnovitelný zdroj energie ze Slunce) již existuje několik miliard let. K nastartování fotosyntézy je potřeba jen sluneční světlo, voda, vegetace a kysličník uhličitý, to vše je na planetě Zemi všude snadno dostupné a z obecného hlediska vlastně zadarmo.

  • Fotorespirace je opak fotosyntézy, oba tyto procesy se podílejí na udržování hladiny kyslíku (zajišťují dynamickou rovnováhu)  ve vazbě na celý ekosystém (Homeostáza).
  • Nejdůležitější endotermickou reakci (je chemická reakce, při níž se energie spotřebovává, obvykle ve formě tepla) je fotosyntéza, kdy za dodání sluneční energie z oxidu uhličitého CO2 a vody H2O vzniká fruktóza C6H12O6 a kyslík O2:

Fotosyntéza a několik zajímavých informací:

  • Fotosyntéze má jednoduchou rovnici: vstup je pár molekul vody a pár molekul kysličníku uhličitého, výstupem je glukóza a kyslík, děje se tak s pomocí chlorofylu v listech, ozářeného slunečním světlem.
  • První fáze: světlo ze Slunce (v podobě energie fotonů slunečního záření) zachycují pigmenty ve fotosyntetických orgánech listů, tzv. rostlinná barviva (chlorofyl, karoteny, anthokyany atd.) neboli pigmenty přeměňují energii světla na energii chemických vazeb. Vzniklé sloučeniny jsou nositeli energie umožňující procesy v buňce.
  • Druhá fáze: již bez světla, a získanou energii rostlinný organismus při ní využívá k syntéze cukrů, opět v několika složitých cyklech. Na fotosyntézu bezprostředně navazují další cykly, takže celek tvoří neobyčejně komplikovaný a komplexní systém, který se odehrává na úrovni nanosvěta.
  • Člověk se snaží po staletí (tisíciletí) do přirozeného procesu fotosyntézy vstoupit ve správných fázích a upravit jej, nebo napodobit tak, aby z výchozích surovin získávat paliva nebo přímo elektřinu.
  • Vegetace pomocí fotosysntézy (nadzemní zdroj energie) propojuje nadzemní svět a pomocí mykorhízy podzemní svět. Propojení nadzemního a podzemního světa podroruje růst vegetace. 
  • Fotorespirace je opak fotosyntézy a patrně vznikla evolučně jako odezva na rostoucí obsah kyslíku v atmosféře Země. V kyslíkem bohatém prostředí se do procesu fotosyntézy občas místo oxidu uhličitého zapojí jen kyslík a výsledkem jsou škodlivé sloučeniny. Fotorespirace je odbourává, což rostlinu stojí energii, kterou by mohla využít ke svému růstu.
  • Vegetace a fytoplankton pro svůj růst potřebují fotosyntézu a CO2, produkují kyslík a tvoří základ potravinového řetězce ve vodě i na souši.

Dýchání rostlin a fotosyntéza

  • Rostliny kromě fotosyntézy, která oxid uhličitý spotřebovává, i dýchají, tedy spotřebovávají kyslík a uhlík produkují.
  • Před průmyslovou revolucí byl podle systém produkce a spotřeby kyslíku a uhlíku v rovnováze.
  • S rostoucím množstvím uhlíku v atmosféře se sice zvýšila účinnost fotosyntézy rostlin, což znamenalo i lepší ukládání uhlíku. Kvůli zvyšování globální teploty se ale následně začala zvyšovat i intenzita dýchání rostlin, což je jeden z důvodů, proč i les může být v konečném důsledku celkový zdroj emisí uhlíku.

Umělá fotosyntéza

Největší naděje při výzkumu fotosyntézy se vkládají do možnosti vyrábět s její pomocí paliva nebo elektřinu za současné likvidace nežádoucího oxidu uhličitého v atmosféře, tedy totéž co dělá vegetace a současně aby výstupy sloužily člověku.

Pokud by dokázali vědci obejít proces fotorespirace, ušetřili by tím energii (téměř až 40 %), která by mohla podpořit další růst rostlin a jejich výnosy. ("Metoda je významná i vzhledem k předpokládanému oteplování atmosféry, protože s vyšší teplotou roste i intenzita fotorespirace,.

Výzkumný program LightChEC jehož cílem je vyvinout látky a procesy umožňující přímou přeměnu vody na vodík s pomocí slunečního světla

  • Pokud dokážeme pochopit všechny procesy, které se odehrávají při fotosyntéze v rostlinách a zelených organismech, můžete tak  zvýšit produkci potravin a trvale udržitelným způsobem vyrábět bioprodukty schopné konkurovat fosilním palivům (tzv. "umělá fotosysntéza".) a proto "Kdekoliv byste měli vodu, tam byste měli i energii." 
  • Vědci se snaží zvýšit účinnost fotovoltaických článků napodobením molekul v listech rostlin a buňkách řas, chromoforech, vytvořili hybridní nanostruktury z krystalů bílkovin a polovodičů se stejnou schopností.
  • Účinnost přeměny světla na elektřinu v současných fotovoltaických panelech by mohla výrazně stoupnout. Jediný rozdíl oproti rostlinám by spočíval v tom, že molekuly barviv by pohlcenou energii světla neodevzdaly do chemických reakcí vytvářejících cukry, ale polovodičovým článkům, které z nich udělají elektřinu. 
  • Účinnost fotosyntézy většiny rostlin je sice jen několik málo procent, protože na souši je světla dost a víc k přežití nepotřebují, ale u některých mořských řas žijících v podmínkách nedostatku světla je zužitkováno až 97 % energie všech dopadajících fotonů.

Palivo budoucnosti Syngaz (SNG)

Britští vědci z University of Cambridge vyvinuli zařízení, které pomocí fotosyntézy umí udržitelným způsobem přímo vyrábět syntetický plyn, takzvaný Syngas. Díky nové technologi (neuvolňuje žádný další oxid uhličitý do atmosféry)i a fotosyntéze, která absorbuje sluneční záření, oxid uhličitý a vodu. Výsledkem je směs bioplynů, jež mohou být alternativou kapalného paliva nejen pro automobilové motory. Na umělém listu jsou přítomny dva absorbéry světla, jež jsou podobné molekulám v rostlinách, které sluneční paprsky absorbují. Systém je ponořen do vody, kde jeden z absorbérů produkuje za pomoci kobaltového katalyzátoru kyslík. Tyto katalyzátory patří k nejmodernějším perovskitovým absorbérům světla, které poskytují vysoký fotovoltaický proud. 

  • Cílem je  vyrobit tekuté palivo rovnou z oxidu uhličitého a vody v jednom kroku. Fotosyntéza by se tak měla rovnou měnit v něco, jako je třeba dnešní bioplyn.

Co můžeme pomocí umělé fotosyntézy vyprodukovat?

  • Vodík.
  • Paliva na bázi uhlíku (metan, metanol, oxid uhelnatý).

Tyto získané suroviny můžeme použít na výrobu elektřiny, jako palivo a také pro průmysl.

Zdroj: https://archiv.ihned.cz/c1-66632790-zkrocene-svetlo

25.8.2023 Studie zveřejněná ve středu v časopise Nature popisuje, že se některé listy stromů v tropických lesích od Jižní Ameriky po jihovýchodní Asii zahřívají natolik, že již nemusí být schopny fotosyntézy. Podle skupiny výzkumníku z USA, Austrálie a Brazílie schopnost listů získávat energii z oxidu uhličitého, slunečního světla a vody a přitom vytvářet kyslík, začíná selhávat při teplotách, které dosahují 46,7 stupně Celsia.

  • Pokud je vzduch kolem listů výrazně chladnější než samotné listy, může přibližně 0,01 procenta listů dosáhnout kritické teploty, při níž enzymy potřebné pro fotosyntézu procházejí procesem zvaným denaturace a nenávratně se změní. Stejným procesem prochází příklad i vaječné bílkoviny v těstě na koláč, když se začnou péct v troubě. 
  • Zpráva uvádí, že toto procento je sice malé, ale s oteplováním světa se bude zvyšovat, což představuje hrozbu pro světové tropické lesy. Ty pokrývají zhruba 12 % planety a žije v nich více než polovina světových druhů z řad rostlin a zvířat. Mají také zásadní úlohu při pohlcování a ukládání uhlíku a pomáhají regulovat globální klima.  Pokud odumře dostatečné množství listů na stromě, odumře i samotný strom, což znamená, že zvyšující se teplota by mohla tyto lesy rozložit. Pralesy jsou přitom už tak značně ohroženy intenzivním odlesňováním.
  • Vědci zjistili, že průměrné teploty v korunách lesních stromů dosahovaly 34 stupňů Celsia, ale některé přesahovaly 40 stupňů Celsia. Vědci také zjistili, že bod zlomu by mohl nastat, když se místní průměrné teploty zvýší asi o čtyři stupně Celsia.
  • Fotosyntetizující listy ochlazují okolní vzduch, takže s jejich odumíráním se teplota sousedních listů zvyšuje rychleji. Jak rychlý tento domino efekt může být, zůstává zatím nejasné. Pauová také poznamenává, že ještě předtím, než listy (a nakonec i celé stromy) odumřou, se fotosyntéza zpomalí. 
  • Téměř všechen život – včetně člověka – je přímo, či nepřímo závislý na fotosyntéze.
  • Vzhledem k tomu, jak málo listů dosahuje kritické teplotní hranice a jak vysoké oteplení by muselo nastat, než by nastal bod zvratu, "teoreticky naznačuje, že tropické lesy jsou vůči změně klimatu poměrně odolné". Pro Science Media Centre dodala, že "toto je jednoduchý model a že stromy a dynamika lesů jsou mnohem složitější". 
  • https://www.seznamzpravy.cz/clanek/zahranicni-destne-pralesy-ohrozuje-horko-hrozi-ze-ztrati-schopnost-vyrabet-kyslik-235934#

více o souvislostech v knize: Zamyšlení a cesta z pohledu vědce a laika

 

0 produktů
VÝPRODEJ !
se SLEVOU až 49%
Osobní odběr v Brně
zdarma! 2x výdejní místo