විදු නැන නුවණ – Science Literacy for All

කෘතිම ප‍්‍රභාසංස්ලේෂණය සොයා යාම

ප‍්‍රභාසංස්ලේෂණය යනු ප‍්‍රයෝජනයට ගත හැකි රසායනික ඉන්ධනයක් ලෙස සූර්ය බලශක්තිය පරිවර්තනය කරන නැතිනම් පත්වෙන සර්වත‍්‍රවර්තී කි‍්‍රයාදාමයයි. එසේ හරවනු ලබන රසායනික ඉන්ධනය තමයි මේ මිහිතලය මත සියලූ ජීවයේ පදනම ලෙස කි‍්‍රයාකරන්නේ. ලොව ෆොසිල ඉන්ධන හිඳියද්දී, ශාක සිදුකරන ප‍්‍රභාසංස්ලේෂණ ක‍්‍රියාදාමය අනුකරණය කිරීමට විද්‍යාඥයෝ වෙහෙසෙමින් සිටිති. ඒ හයිඩ‍්‍රජන් තුළ රසායනික ශක්තිය ලෙස, ආලෝකය ගබඩාකිරීමට මිනිසා තැනූ ද්‍රව්‍ය යොදා ගනිමිනි. හයිඩ‍්‍රජන්වල රසායනික ශක්තිය, පෙට‍්‍රල්වල ශක්ති ඝනත්වයමෙන් තෙගුණයකි. මෙය සිදු කිරීම සඳහා වියදම් අඩු ක‍්‍රමයක් සොයා ගැනීම,  ෆොසිල ඉන්ධනවලින් තොර අනාගත ආර්ථිකයක පදනම ලෙස පවිත‍්‍ර හයිඩ‍්‍රජන් ඉන්ධන යොදා ගැනීමට මග පාදයි. මේ තාක් ගෙන ඇති උත්සාහයන්වලදී මූලික කි‍්‍රයාදාමය ප‍්‍රත්‍යුත්පාදනයකිරීම (reproducing the basic process)  සාර්ථක වී ඇති නමුත් දීර්ඝ කාල පරාස තුළ උපක‍්‍රම ස්ථාවරව තබා ගැනීමේ අපහසුතා පැන නැගී ඇත. දැන්,  නව අධ්‍යයනයක් මගින් විසඳුමක් සොයා ගෙන ඇති බවක් පළවන්නේ කෘති‍්‍රම ප‍්‍රභාසංස්ලේෂණය (artificial photosynthesis) ප‍්‍රායෝගික යථාර්ථයක් බවට පත්කිරීමේ අපේක්ෂාවන් පණ ගන්වමිනි.

ප‍්‍රභාසංස්ලේෂණයෙහි හරය වශයෙන් ඇති රසායනික කි‍්‍රයාදාමය වන්නේ ජලය ඛණ්ඩනය කිරීම හෙවත් පැළීමයි(splitting water). ශාක, වායුගෝලයෙන් කාබන් ඩයොක්සයිඞ් (CO2) අවශෝෂණය කරගෙන ඒවායේ මුල් හරහා ජලය(H2O) උරාගන්නේ පත‍්‍ර අභ්‍යන්තරයෙහි ඇති හරිතලවයන්හිදී(chloroplasts) අණු දෙක හමුවන ආකාරයටය. මෙහිදී සෑම ජල අණු යුගලයක්ම හයිඩ‍්‍රජන් අණු දෙකක් සහ එක් ඔක්සිජන් අණුවක්  ලෙස පැලෙයි හෙවත්  ඛණ්ඩනය වෙයි. මෙම ප‍්‍රතිචාරය තාපාවශෝෂකයි(endothermic) — ඒ කියන්නේ අණු ප‍්‍රතිචාර දක්වන්නේ ශක්ති යෙදවුමක් ඇති විට පමණයි. එහෙයින් අවට ක්ලොරෆිල්වලට(හරිතප‍්‍රද) අවශ්‍ය වර්ධන උත්තේජනය  ලබාදීමට නම්  සූර්යාලෝකය අවශෝෂණය කළ යුතුවේ. හයිඩ‍්‍රජන් උත්පාදිතය, කාබන් ඩයොක්සයිඞ් සමග  ප‍්‍රතිචාර දක්වන්නේ  සීනි((CH2O)n)  නිපදවීමටය. මේ සීනි ශාක සඳහා මූලික ශක්ති ඒකකය ලෙස කි‍්‍රයාකරයි. (ඔක්සිජන් අවසානයේ අපේ පෙනහළුවලට ඇතුලූ වෙයි) මේ අන්දමට ශාක දුෂණයකින් තොරව සූර්ය ශක්තිය රසායනික ශක්තිය බවට හරවන්නේ ඒවායේ ව්‍යුහයේ අලූත්වඩියාව සහ ගොඩනැගීම පිණිසය.

එහෙත් එකම එක ප්‍රශ්නයක් පමණක් ඇත: ප‍්‍රතිචාරයට මුලපුරන්න සූර්ය ශක්තිය තිබුණේ වී නමුදු එය ශාකයට ප‍්‍රයෝජනයක් ගැනීමට ප‍්‍රමාණවත් නොවන මට්ටමකට මන්දගාමී විය හැකියි. එහෙත් පිළියමක් ලෙස උත්පේ‍්‍රරකයක පිහිට ලබා ගත හැකිය. උත්පේ‍්‍රරකයක් රසායනික ප‍්‍රතිචාරය මගින් පරිභෝජනය නොකෙරුණද එය පැවතීමෙන්  ම  ප‍්‍රතිචාර අනුපාතය වේගවත් කරන වාතාවරණයක් සැපයේ. උත්පේ‍්‍රරණය යම් ආකාරයක ඉන්ද්‍රජාලයක් ලෙස දැකීම පහසුය. උත්පේ‍්‍රරණ වර්ග බොහොමයක් කි‍්‍රයා කරන අන්දම අපි තවම නොදන්නෙමු. එහෙත් එය ස්ථිරවම අධිස්වාභාවික දෙයක් නොවේ. උත්පේ‍්‍රරණ ද්‍රව්‍ය හුදෙක් රසායනික ප‍්‍රතිකි‍්‍රයා ගමන් මං සංකීර්ණ ආකාරයෙන් වේගවත් කරයි.

ශාකයන් හිදී, මැග්නීසියම් පොකුරු සහ විවිධ එන්සයිම සහිත හරිතප‍්‍රද, ජල ප‍්‍රතිචාරය වේගවත් කරන ප‍්‍රභා-උත්පේ‍්‍රරණ(photocatalysts) ලෙස කි‍්‍රයා කරයි. ජලය ඛණ්ඩනය කර සීනි සෑදීම සඳහා පරිණාමය විසින්  අතිශය සංකීර්ණ ගමන් මගක් සියුම්ව සකසාදෙනු ලැබ ඇතත්, එය අනුකරණයට අවශ්‍ය මූලික කරුණු විද්‍යාඥයෝ දනිති: උත්පේ‍්‍රරණය පවතින විට ජලය ඛණ්ඩනය සඳහා සූර්ය බලශක්තිය භාවිත කරන්න. අනතුරුව, පාරිශුද්ධ  ස්වරූපයෙන් හෝ (ශාකයේ සීනි මෙන්) ඓන්ද්‍රීය අණුවක කොටසක් ආකාරයෙන් හෝ ඉන්ධනයක් ලෙස හයිඩ‍්‍රජන් උත්පාදිතය එකතු කරගන්න. මේ ස්වාභාවික හපන්කම ප‍්‍රත්‍යුත්පාදනය පිණිස අප මේ තාක් ඉටුකර ඇත්තේ මොනවාද?

මිනිසුන් සැදු ජලඛණ්ඩන උපකරණවලට මූලික වන්නේ අර්ධ සන්නායකයකි. මේ ද්‍රව්‍ය වැඩියෙන්ම අවශෝෂණය කරන්නේ දෘශ්‍යමාන ආලෝකයයි. මෙහිදී, ජලඛණ්ඩන ප‍්‍රතිචාරයට මුල පිරීමට ශක්තිය සැපයිය හැකි තරමට ප‍්‍රමාණවත් කාලයක් රැඳී සිටින ඉලෙක්ට්‍රෝන ප‍්‍රබෝධ කරයි. අර්ධ සන්නායකය සහ උත්පේ‍්‍රරකය විද්‍යුත් විච්ඡ්ද්‍යයක(electrolyte) ගිල්වන අතර මෙය සාමාන්‍යයෙන් ජලය සහිත ක්ෂාරීය හෝ ආම්ලික ද්‍රවණයකි.  ප්‍රබෝධනය වූ ඉලෙක්ට්‍රෝන, ද්‍රාවණය හරහා චලනය වෙන අතර උත්පේ‍්‍රරණයක් පවතින සමීපයේ ජලය සොයා ගෙන එය ඛණ්ඩනය කරන්නේ එකතුවන නිපයුම ඉන්ධන ලෙස යොදා ගනිමිනි.

මෙය සරල නිෂ්පාදනයක් ලෙස පෙනී ගියත් ඇතැම් සංකීර්ණතා ඇත. ප‍්‍රකාශ වෝල්ටීය කර්මාන්තයේදී භාවිත කරන අර්ධ සන්නායක මිලෙන් අඩුවුවද ජල ඛණ්ඩන උපකරණවල භාවිත කර නැත. ආලෝකයේ අවශෝෂණය  සඳහා යොදා ගන්නා අර්ධසන්නායක බොහොමයක් විද්‍යුත් විච්ඡ්ද්‍යයට නිරාවරණය කළ විට දිරා යයි.

Related image

කෙසේ වෙතත් විද්‍යාඥයන් මෙයට විසඳුම් සොයා ගෙන ඇත. විද්‍යුත් විච්ඡ්ද්‍යය දී ස්ථාවරව පවතින වෙනත් ද්‍රව්‍යයක් ආරක්ෂක ස්තරයක් ලෙස යොදා ගැනීම එක් අදහසකි. මෙවැනි ආරක්ෂිත ස්ථර කලින් ද සොයාගනු ලැබූවද වඩාත් මිල අඩු එමෙන්ම කාර්යක්ෂමතාවයෙන් වැඩි සාම්ප‍්‍රදායානුකූල අර්ධ සන්නායක සමාන මේ තාක්ෂණ ක‍්‍රමය ප‍්‍රදර්ශනය කෙරුණු ප‍්‍රථම අවස්ථාව මෙය ලෙස සැලකේ. මේ සම්බන්ධව තව අත්හදා බැලීම් කළ යුතු වුවද කෘතිම ප‍්‍රභාසංස්ලේෂණය කරා යාමට මෙය වඩාත් බලාපොරොත්තු මවන බවට  මුල් ලක්ෂණ දක්වයි.

ඓන්ද්‍රීය නොවන ස්ඵටික සහ අම්ල සමග සෑදු කෘතිම ජලඛණ්ඩන උපක‍්‍රම, අඬු වැනි එහි ඇති විදුලි රැහැන් ආදිය මවන චිත්‍රය ශාක ප‍්‍රභාසංස්ලේෂණයේ හරිත ඓන්ද්‍රීය සිහිගන්වන්නක් නොවන්නට පුළුවන. එහෙත් ඒ පිටුපස ඇති රසායන විද්‍යාව එකමය. එහෙයින්, ස්වභාව ධර්මයේ වසර මිලියන ගණන් වයසැති යාන්ත‍්‍රණයෙහි  විශිෂ්ටත්වය හා සමවිමේ ගමන අප දැන් ආරම්භ කර ඇති බව නම් පැහැදිලිය.

Nature Education(Scitable) හි පළවූ The search for artificial photosynthesis යන ලිපිය ඇසුරෙනි

 

ප්‍රතිචාරයක් ලබාදෙන්න

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

ඔබ අදහස් දක්වන්නේ ඔබේ WordPress.com ගිණුම හරහා ය. පිට වන්න / වෙනස් කරන්න )

Twitter picture

ඔබ අදහස් දක්වන්නේ ඔබේ Twitter ගිණුම හරහා ය. පිට වන්න / වෙනස් කරන්න )

Facebook photo

ඔබ අදහස් දක්වන්නේ ඔබේ Facebook ගිණුම හරහා ය. පිට වන්න / වෙනස් කරන්න )

Google+ photo

ඔබ අදහස් දක්වන්නේ ඔබේ Google+ ගිණුම හරහා ය. පිට වන්න / වෙනස් කරන්න )

Basic HTML is allowed. Your email address will not be published.

Subscribe to this comment feed via RSS

%d bloggers like this: