Shaama Sharada, zvana Interface Woman, i njen tim istraživača s Tehničke škole Viterbi pri Sveučilištu Južne Kalifornije pokazali su da ultraljubičasto (UV) svjetlo može biti vrlo učinkovito u pobuđivanju organske molekule, oligofenilena.

Nakon izlaganja UV zračenju oligofenilen postaje negativno nabijeni 'anion', lako prenoseći elektrone u najbližu molekulu, poput CO2. Time ugljični dioksid postaje reaktivan, može se reducirati i pretvoriti u stvari poput plastike, lijekova ili čak namještaja.

'CO2 je jako teško smanjiti, zbog čega desetljećima živi u atmosferi', kaže Sharada, voditeljica laboratorija u čijem radu sudjeluju i njeni studenti. 'Ali ovaj negativno nabijen anion sposoban je smanjiti čak i nešto tako stabilno kao što je CO2. To obećava i zato ga proučavamo', kaže.

Brzo rastuća koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi jedno je od najhitnijih pitanja koja čovječanstvo mora riješiti kako bi izbjeglo klimatsku katastrofu.

Od početka industrijskog doba ljudi su povećali atmosferski CO2 za 45 posto izgaranjem fosilnih goriva i drugim emisijama. Kao rezultat toga, prosječne globalne temperature sada su za dva Celzijeva stupnja više nego u predindustrijskoj eri. Zahvaljujući stakleničkim plinovima poput CO2, Sunčeva toplina ostaje zarobljena u atmosferi, zagrijavajući Zemlju.

Mnogi istraživački timovi istražuju metode za pretvaranje CO2 zarobljenog emisijama u goriva ili sirovine na bazi ugljika za potrošačke proizvode u rasponu od farmaceutskih do polimera.

Postupak se tradicionalno koristi toplinom ili električnom energijom s katalizatorom kako bi se ubrzala pretvorba CO2 u proizvode. Međutim takve metode često su energetski intenzivne, što nije idealno za postupak kojem je cilj smanjenje utjecaja na okoliš. No korištenje Sunčeve svjetlosti privlačno je jer je energetski učinkovito i održivo.

'Većina drugih načina uključuje upotrebu kemikalija na bazi rijetkih metala koji su skupi, teško ih je pronaći i potencijalno mogu biti toksični', objašnjava Sharada.

Alternativa je pronađena u upotrebi organskih katalizatora na bazi ugljika. I upravo se time bavi Sharadin istraživački tim. Koriste simulacije kvantne kemije ne bi li razumjeli kako se elektroni kreću između katalizatora i CO2 i tako identificirali one najodrživije za ovu reakciju.

Riječ je o prvoj računalnoj studiji ove vrste jer nitko dosad nije istražio osnovni mehanizam premještanja elektrona iz organske molekule poput oligofenilena u CO2. Tim je otkrio da se sustavne modifikacije oligofenilenskog katalizatora mogu provoditi dodavanjem skupina atoma. Oni teže potiskivanju elektrona prema središtu katalizatora kako bi ubrzali reakciju.

Pred Sharadinim timom niz je velikih izazova...

'Vrlo malo toga događa se u vidljivom spektru. Treba vam UV svjetiljka da biste postigli reakciju', kaže Sharada.

Njen tim sada istražuje strategije dizajniranja katalizatora koje omogućavaju velike brzine reakcija i usput pobuđuju molekule vidljivim svjetlom, koristeći i kvantnu kemiju i genetske algoritme.