محققان دانشگاه کمبریج فناوری انرژی خورشیدی را توسعه داده‌اند که دی‌اکسید کربن و آب را به سوخت‌های مایع تبدیل می‌کند که می‌تواند مستقیماً به عنوان سوخت به موتور خودرو اضافه شود.

محققان از قدرت فتوسنتز برای تبدیل CO2، آب و نور خورشید به سوخت های چند کربنی - اتانول و پروپانول - در یک مرحله استفاده کردند. این سوخت ها چگالی انرژی بالایی دارند و به راحتی می توان آنها را ذخیره یا حمل کرد.

برخلاف سوخت‌های فسیلی، این سوخت‌های خورشیدی انتشار خالص کربن صفر و کاملاً تجدیدپذیر تولید می‌کنند و برخلاف بیشتر اتانول‌های زیستی، هیچ زمین کشاورزی را از تولید مواد غذایی منحرف نمی‌کنند.

در حالی که این فناوری هنوز در مقیاس آزمایشگاهی است، محققان می گویند برگ های مصنوعی آنها گام مهمی در گذار از اقتصاد مبتنی بر سوخت فسیلی است.

اتانول زیستی به عنوان جایگزین پاک‌تری برای بنزین معرفی می‌شود، زیرا به جای سوخت‌های فسیلی از گیاهان ساخته می‌شود. اکثر خودروها و کامیون‌های امروزی در جاده‌ها با بنزینی کار می‌کنند که حاوی 10 درصد اتانول (سوخت E10) است.

ایالات متحده بزرگترین تولید کننده اتانول زیستی در جهان است: طبق گفته وزارت کشاورزی ایالات متحده، تقریباً 45٪ از کل ذرت کشت شده در ایالات متحده برای تولید اتانول استفاده می شود.

پروفسور اروین رایسنر، که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، خاطرنشان کرد: سوخت‌های زیستی مانند اتانول یک فناوری بحث‌برانگیز هستند، به ویژه به این دلیل که زمین‌های کشاورزی را اشغال می‌کنند که می‌توان از آن برای پرورش غذا استفاده کرد.

برای چندین سال، گروه تحقیقاتی رایسنر، مستقر در دپارتمان شیمی یوسف حمید، سوخت‌های پایدار و بدون کربن را با الهام از فتوسنتز - فرآیندی که گیاهان در آن نور خورشید را به غذا تبدیل می‌کنند - با استفاده از برگ‌های مصنوعی تولید می‌کنند.

تا به امروز، این برگ های مصنوعی تنها قادر به ساخت مواد شیمیایی ساده مانند گاز سنتز، مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن بوده اند که برای تولید سوخت، مواد دارویی، پلاستیک و کود استفاده می شود. اما برای کاربردی‌تر کردن این فناوری، باید بتواند مواد شیمیایی پیچیده‌تری را مستقیماً در یک مرحله با انرژی خورشیدی تولید کند.

اکنون برگ مصنوعی می تواند مستقیماً اتانول و پروپانول تمیز را بدون نیاز به مرحله واسطه ای تولید گاز سنتز تولید کند.

محققان یک کاتالیزور مبتنی بر مس و پالادیوم تولید کردند. کاتالیزور به گونه ای بهینه شده بود که به برگ مصنوعی اجازه می داد مواد شیمیایی پیچیده تری تولید کند، به ویژه الکل های چند کربنه اتانول و n-پروپانول. هر دو الکل سوخت هایی با چگالی انرژی بالا هستند که به راحتی قابل حمل و نگهداری هستند.

دانشمندان دیگر توانسته اند با استفاده از نیروی الکتریکی مواد شیمیایی مشابهی تولید کنند، اما این اولین بار است که چنین مواد شیمیایی پیچیده ای با یک برگ مصنوعی تنها با استفاده از انرژی خورشید تولید می شود.

دکتر موتیار رحمان، نویسنده اول مقاله، جزئیات بیشتری را ارائه کرد، «تابیدن نور خورشید به برگ‌های مصنوعی و دریافت سوخت مایع از دی‌اکسید کربن و آب، یک شیمی شگفت‌انگیز است.

به طور معمول، وقتی سعی می کنید CO2 را با استفاده از یک دستگاه برگ مصنوعی به یک محصول شیمیایی دیگر تبدیل کنید، تقریبا همیشه مونوکسید کربن یا گاز سنتز دریافت می کنید، اما در اینجا، ما فقط با استفاده از نیروی خورشید توانسته ایم یک سوخت مایع عملی تولید کنیم.

این یک پیشرفت هیجان انگیز است که راه های کاملا جدیدی را در کار ما باز می کند.

در حال حاضر، این دستگاه اثبات مفهومی است و فقط کارایی متوسطی را نشان می دهد. محققان در حال کار بر روی بهینه سازی جاذب های نور هستند تا بتوانند نور خورشید را بهتر جذب کنند و کاتالیزور را بهینه کنند تا بتواند نور خورشید بیشتری را به سوخت تبدیل کند. همچنین کار بیشتری برای مقیاس پذیر ساختن دستگاه مورد نیاز است تا بتواند حجم زیادی از سوخت تولید کند.

ریزنر گفت: اگرچه هنوز کار برای انجام دادن وجود دارد، اما ما نشان داده‌ایم که این برگ‌های مصنوعی قادر به انجام چه کاری هستند. این مهم است که نشان دهیم می‌توانیم از ساده‌ترین مولکول‌ها فراتر برویم و با دور شدن از سوخت‌های فسیلی چیزهایی درست کنیم که مستقیماً مفید باشند.

این تحقیق تا حدی توسط کمیسیون اروپایی Marie Skodowska-Curie Fellowship، Cambridge Trust و برنامه Winton برای فیزیک پایداری حمایت شد. اروین رایسنر همکار و موتیار رحمان همکار پژوهشی کالج سنت جان، کمبریج است.

فناوری برگ مصنوعی طیف گسترده ای از ایده ها است که از انرژی خورشیدی برای انجام یا هدایت واکنش ها استفاده می کند. تبدیل از دی اکسید کربن و آب به سوخت ایده خوبی به نظر می رسد.

کارهای زیادی برای انجام دادن وجود دارد در حالی که دریافت آب و CO2 در مجاورت کار دشواری نیست، داشتن شرایط مناسب ممکن است دشوار باشد. نسبت‌ها، دما، آلودگی‌ها، سطوح انرژی ورودی و سایر پارامترهای حادثه باید بررسی شوند و سپس برگ‌هایی تولید شوند که منطقی اقتصادی باشد.

به احتمال زیاد می توان آن را انجام داد و باید انجام شود. اما صدها میلیون سال پیش بود که طبیعت کشف کرد که انرژی را با هیدروژن متصل به کربن برای مولکول های مفید ذخیره می کند. بسیاری از پیشرفت های بزرگ برای مدت بسیار طولانی تنظیم شده اند.

این نشان می دهد که این فناوری ممکن است یکی از بهترین ایده ها باشد.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.