Квантова механіка в фотосинтезі: революційне відкриття для сонячної енергетики

Фотосинтез, процес, завдяки якому рослини перетворюють сонячне світло в хімічну енергію, не перестає дивувати вчених. Як повідомляє NewDay з посиланням на SciTechDaily, дослідники з Технічного університету Мюнхена зробили важливе відкриття, яке показує, що квантова механіка бере безпосередню участь у цьому процесі. Класична фізика не здатна пояснити ефективність переносу енергії в молекулах хлорофілу, однак квантові ефекти дозволяють енергії переміщатися майже без втрат, забезпечуючи ефективну передачу енергії всередині молекул. 

Такий процес, що використовує суперпозицію збуджених станів, був виявлений на ранніх етапах досліджень і може служити основою для нових досягнень у розвитку технологій для збирання сонячної енергії. У разі правильного розуміння механізмів, що відбуваються на молекулярному рівні, можна створити високоефективні штучні системи фотосинтезу, які можуть перетворювати сонячну енергію в електричну або хімічну енергію з безпрецедентною ефективністю.

Для дослідження науковці вивчали два спектральні діапазони, в яких хлорофіл поглинає світло: низькоенергетичний Q-діапазон та високоякісну B-області. Перший з них містить два електронних стани, що зв’язані між собою квантовими ефектами, що забезпечує ефективне безвтратне перенесення енергії всередині молекул. Наступний етап включає процес “охолодження”, при якому енергія вивільняється у вигляді тепла. 

Ці знання дозволяють краще зрозуміти, як працює хлорофіл і як цей процес можна застосувати для розробки нових технологій в області відновлювальної енергетики. Дослідження вказують на те, що квантові ефекти здатні значно вплинути на біологічні процеси, що відбуваються в природі, та можуть мати важливе практичне значення для створення штучних систем фотосинтезу.

Нагадаємо, раніше ми писали про загадковий шлях Землі, від вулканічної пекельної планети до колиски життя.