پیشرفت شگفت‌انگیز فناوری فتوسنتز مصنوعی نور خورشید را به سوخت تبدیل می‌کند

پیشرفت شگفت‌انگیز فناوری فتوسنتز مصنوعی نور خورشید را به سوخت تبدیل می‌کند

اخیرا محققان سیستمی برای فتوسنتز مصنوعی توسعه داده‌اند که همانند قابلیت شگفت‌انگیز گیاهان، می‌تواند انرژی خورشید را ذخیره کرده و آن را به سوخت تبدیل کند.

فتوسنتز مصنوعی ایده دانشمندان برای کپی‌برداری از قابلیت منحصر به فرد گیاهان در تبدیل انرژی خورشید به سوخت بوده که به تازگی پیشرفت‌های جالب‌توجهی در عملی کردن آن رخ داده است. در ادامه با گجت نیوز همراه باشید.

دانشمندان مدت‌هاست که به دنبال کپی‌برداری از قابلیت گیاهان در تبدیل نور خورشید به انرژی هستند؛ این فرآیند در دنیای طبیعت با نام فتوسنتز (Photosynthesis) شناخته می‌شود و همان‌طور که انتظار می‌رود، اگر بتون به هر شکلی چنین سیستمی را در محیط آزمایشگاهی و به صورت مصنوعی شبیه‌سازی کرد، حوزه انرژی‌های تجدید پذیر به میزان قابل ‌توجهی از این طریق دچار تحول خواهد شد.

فتوسنتز مصنوعی

همان‌طور که اشاره شد، محققان در تازه‌ترین پیشرفت‌های خود صفحات نوری را برای شبیه‌سازی از فتوسنتز گیاهان به کار برده‌اند؛ در طرح اخیر محققان، دستگاهی ساخته شده که با در اختیار داشتن کربن دی اکسید، آب و نور خورشید به عنوان مواد اولیه، اکسیژن و اسید فرمیک تولید می‌کند. این اسید می‌تواند مستقیما به عنوان سوخت به کار گرفته شود یا در فرآیندی دیگر، به هیدروژن تبدیل شود؛ هیدروژن به عنوان یکی دیگر از سوخت‌های پاک شناخته شده، مورد توجه دانشمندان جهان است.

نکته اصلی در مورد پیشرفت اخیر نحوه استفاده از صفحاتی بوده که با نام ورق‌های فتوکاتالیست شناخته می‌شوند؛ این ورق‌ها وقتی که درون آب در معرض نور خورشید قرار بگیرند، از طریق اکسیداسیون و تعاملات الکترونی، یک سیستم فتوسنتز مصنوعی را به وجود می‌آورند. گفته شده که از نوعی پودر شبه رسانا و کاتالیست پایه کبالت برای عملی کردن ایده مورد نظر استفاده می‌شود و عملا به غیر از اجزا ذکر شده، نیازی به به کار گیری وسیله دیگری وجود ندارد و فرآیند می‌تواند به صورت خودکار انجام شود.

شیمی‌دان کیان وانگ (Qian Wang) از دانشگاه کمبریج بریتانیا می‌گوید که در کمال شگفتی، فرآیند مورد نظر تقریبا هیچ محصول جانبی را به وجود نمی‌آورد و عملکرد آن هم در نوع خود شگفت‌انگیز است. در واقع معمولا دانشمندان انتظار ندارند که طرح مورد نظر آن‌ها به خوبی آنچه در این سیستم فتوسنتز مصنوعی دیده شده، کار کند. با این وجود نوعی استثنا پیش آمده و طرح وانگ و همکارانش حتی بیشتر از حد انتظار بازدهی داشته است.

پیشرفت شگفت‌انگیز فناوری فتوسنتز مصنوعی نور خورشید را به سوخت تبدیل می‌کند

فرآیندی بی‌دردسر

نمونه اولیه ورق‌های فتوکاتالیست به کار رفته هم‌اکنون تنها ۲۰ سانتی‌متر مربع مساحت دارند، اما وانگ می‌گوید که می‌توان به راحتی مقیاس کار را بزرگ‌تر کرد. در نهایت تیم دانشگاه کمبریج انتظار دارد که سیستم مورد نظر همانند نیروگاه‌های خورشیدی از صفحات فتوکاتالیست ساخته شده استفاده کرده و با چیدن تعداد زیادی از این صفحات کنار هم مقدار قابل ‌توجهی اسید فولیک را به عنوان سوخت تولید کنند. این سوخت به راحتی در محلول‌هایی مشخص نگهداری خواهد شد و در نهایت امکان تبدیل آن به محصولات دیگری مثل هیدروژن وجود دارد.

وانگ تاکید می‌کند که مهم‌تر از همه، طرح فتوسنتز مصنوعی او و همکارانش فرآیندی پاک و کارآمد را بدون تولید محصولات جانبی نامناسب عملی می‌کند؛ چنین دستاوردی در میان سیستم‌های تبدیل انرژی چندان ساده و معمول نیست. به عنوان مثال باید با هر محصول جانبی مخربی به نحوی مقابله شود و وقتی یک فرآیند تبدیل انرژی چنین موادی را به وجود بیاورد، ارزش و اعتبار سیستم اصلی پایین می‌آید.

وانگ در ادامه می‌گوید که در تلاش‌های پیشین برای عملی کردن ایده مورد نظر، دانشمندان به چنین کارایی نرسیده بودند؛ این در حالی است که هم‌اکنون می‌توان هر میزان از انرژی خورشید را به اسید فرمیک تبدیل کرد و عملا هیچ محصول جانبی مضری هم تولید نمی‌شود.

تیم دانشگاه کمبریج در سال گذشته محصولی به اسم برگ مصنوعی را در راستای عملی کردن ایده فتوسنتز مصنوعی تولید کرده بود. با این وجود محصول اخیر نسبت به برگ مصنوعی سال ۲۰۱۹، هم کارایی بیشتری دارد و هم امکان افزایش مقیاس آن برای به کار گیری فناوری در نیروگاه‌های بزرگ وجود دارد. به علاوه اسید فرمیک تولید شده توسط طرح اخیر بسیار پرکاربردتر از سوختی بوده که در طرح سال گذشته تولید می‌شد.

آینده سوخت‌های خورشیدی

البته تمامی این خبرهای خوب به این معنا نبوده که به زودی فناوری دانشگاه کمبریج به صورت عمومی مورد استفاده قرار خواهد گرفت. گفته شده که تا رسیدن به مرحله بهره‌برداری باید تحقیقات بیشتری برای افزایش کارایی این سیستم انجام شود و همچنین، باید با آزمایش روی کاتالیست‌های مختلف، موضوع توانایی سیستم برای تولید سوخت‌های خورشیدی مختلف هم مورد بررسی قرار بگیرد.

نیاز به ایجاد وابستگی کامل بشریت به سوخت‌های پاک و تجدید پذیر روز به روز بیشتر می‌شود و تحقیقاتی مانند فتوسنتز مصنوعی تیم وانگ ما را در مورد تعداد پروژه‌های در دست بررسی برای رسیدن به این هدف امیدوار می‌کنند.

اروین ریزنر (Erwin Reisner)، شیمی‌دان دیگری از دانشگاه کمبریج می‌گوید که ذخیره کردن سوخت‌های گازی و جداسازی محصولات مختلف تولیدی کار دشواری بوده و ساخت نمونه اولیه سیستم تیم وانگ تنها شروع ماجرای بهره‌برداری از نور خورشید خواهد بود.

ریزنر می‌گوید که هدف اصلی تیم دانشگاه او رسیدن به فرآیندی بوده که در سادگی تمام، سوختی کارآمد را تولید می‌کند که به راحتی ذخیره شده و امکان جابه‌جایی آن فراهم است. این شیمی‌دان ابراز امیدواری کرده که سیستم فتوسنتز مصنوعی بتواند روزی تولید سوخت‌های خورشیدی را به موضوعی جهانی و گسترده تبدیل کند.

مقاله دانشگاه کمبریج در ژورنال “Nature Energy” منتشر شده است.

پاسخ بدهید

وارد کردن نام و ایمیل اجباری است | در سایت ثبت نام کنید یا وارد شوید و بدون وارد کردن مشخصات نظر خود را ثبت کنید *

*