يُشير مصطلح "التمثيل الضوئي" إلى العملية التي تُحوّل بها النباتات ضوء الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام، ولا تقتصر هذه العملية على إنتاج الطاقة فحسب، بل تُنقّي الغلاف الجوي أيضاً بإطلاق الأكسجين، وأخيراً، قام باحثون من جامعة يوليوس ماكسيميليان، في فورتسبورغ بألمانيا، وجامعة يونسي في كوريا الجنوبية، بمحاكاة جزء من عملية التمثيل الضوئي اصطناعياً.
ويمكن للتمثيل الضوئي الاصطناعي تسخير نهج الطبيعة في تحويل الطاقة وتحسينه لتلبية احتياجات الإنسان، مثل مواجهة التحديات البيئية، وفق "إنترستينغ إنجينيرينغ".
ويُتيح هذا مساراً جديداً لمعالجة مشاكل مثل إدارة الكربون والطاقة المستدامة باستخدام موارد وفيرة، مثل الماء وثاني أكسيد الكربون وأشعة الشمس.
وتمكّن الباحثون من إعادة إنشاء الخطوة الأولى من عملية التمثيل الضوئي، وهي التقاط ونقل الطاقة الضوئية.
بعبارات بسيطة، تأخذ النباتات ثاني أكسيد الكربون من الهواء والماء من التربة، باستخدام ضوء الشمس والكلوروفيل، الصبغة الخضراء في الخلايا النباتية، وتتحول هذه المكونات إلى جزيئات سكر، وهي غذاؤها، وأكسجين يُطلق في الغلاف الجوي.
وتتميز هذه العملية بتعقيدها المتعدد، وتتكون من سلسلة من الخطوات المتقدمة.
و تتضمن الخطوة الأولى التقاط ضوء الشمس باستخدام الكلوروفيل، الذي يعمل كألواح شمسية داخل الخلايا النباتية، عندما يسقط ضوء الشمس على جزيئات الكلوروفيل، تكتسب الإلكترونات الموجودة في الجزيئات طاقة أو تُصبح نشطة. بفضل هذه الطاقة الإضافية، تغادر الإلكترونات جزيء الكلوروفيل وتبدأ بالتحرك عبر آليات النبات.