به گزارش خبرنگار علم و فناوری ایسکانیوز؛ محققان دانشگاه کمبریج و دانشگاه کالیفرنیا در برکلی یک برگ مصنوعی ساخته‌اند که از نور خورشید برای تبدیل دی‌اکسید کربن به هیدروکربن‌های ارزشمند استفاده می‌کند و وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش می‌دهد. این دستگاه یک سلول خورشیدی مبتنی بر «پروسکایت» را با یک کاتالیزور «نانوگل» مسی ترکیب می‌کند و امکان تولید اتان و اتیلن را فراهم می‌کند که از ترکیبات ضروری برای سوخت‌ها، مواد شیمیایی و پلاستیک‌ها هستند.
پروسکایت ساختاری که مدتی است کشف شده، اما ویژگی‌های جالب توجهی دارد که پژوهشگران همچنان در پی بهبود و یافتن کاربرد هایی در راستای این ویژگی ها هستند. این ماده از مجموعه کانی هاست و رادیواکتیویته کامل که با افزایش ادخال‌ها (در کانی‌شناسی به ماده‌ای گفته می‌شود که در زمان شکل‌گیری کانی در داخل آن به دام افتاده باشد) کاهش می‌یابد. این مینرال اولین بار در سال ۱۸۳۹ در کوه‌های اورال در روسیه کشف شده و به افتخار زمین‌شناس روسی پروسکایت نامگذاری شده است.
سلول خورشیدی پروسکایت نیز نوعی سلول خورشیدی که از مواد پروسکایت ساخته می‌شود. مواد پروسکایت غالباً به صورت ترکیب های هیبرید آلی-معدنی هالید سرب یا قلع هستند. از جمله این مواد می توان به متیل آمونیوم سرب یدید و یا ماده معدنی سزیم سرب یدید اشاره کرد. این سلول ها دارای مزایا فرآیند ساخت آسان، پردازش به صورت محلول و قیمت مناسب هستند.
بازده این سلول‌ها از ۳/۸ درصد در سال ۲۰۰۹ تا ۲۲/۷ درصد در سال ۲۰۱۷ افزایش یافته است. بدین ترتیب سلول‌های خورشیدی پروسکایت سریع‌ترین فناوری خورشیدی تا به امروز بوده‌اند. به دلیل پتانسیل این فناوری در دستیابی به بازده‌های بیشتر و هزینه ساخت پایین‌تر، این سلول‌ها توجه زیادی را از نظر تجاری به خود جلب کرده‌اند.
حال دانشمندان کمبریج و برکلی نانوگل‌های کوچک مسی را به یک برگ مصنوعی متصل کرده‌اند تا سوخت‌های پاک و مواد شیمیایی ضروری تولید کنند که ستون فقرات انرژی و تولید مدرن را تشکیل می‌دهند.
دستگاه آنها یک «برگ» جذب نور ساخته شده از پروسکایت را با یک کاتالیزور نانوگل مسی برای تبدیل دی اکسید کربن به مولکول‌های ارزشمند ترکیب می‌کند. برخلاف اکثر کاتالیزورهای فلزی که فقط می‌توانند دی‌اکسید کربن را به مولکول‌های تک کربنی تبدیل کنند، گل‌های مسی تولید هیدروکربن‌های پیچیده‌تر با ۲ اتم کربن مانند اتان و اتیلن را تسهیل می‌کنند.
جایگزینی پاک‌تر برای سوخت‌های فسیلی
تقریباً تمام هیدروکربن‌ها در حال حاضر از سوخت‌های فسیلی سرچشمه می‌گیرند، اما روش توسعه‌یافته توسط تیم کمبریج- برکلی منجر به تولید مواد شیمیایی تمیز و سوخت‌هایی می‌شود که از دی‌اکسید کربن، آب و گلیسرول - یک ترکیب آلی رایج - بدون انتشار کربن اضافی ساخته شده‌اند.
این مطالعه بر اساس کار قبلی این تیم روی برگ‌های مصنوعی است که از فتوسنتز الهام گرفته‌اند: فرآیندی که در آن گیاهان نور خورشید را به غذا تبدیل می‌کنند.
دکتر «ویرجیل آندری» شیمیدان، می‌گوید: ما می‌خواستیم فراتر از کاهش پایه دی‌اکسید کربن برویم و هیدروکربن‌های پیچیده‌تری تولید کنیم، اما این به انرژی بسیار بیشتری نیاز دارد.
افزایش کارایی با الکترودهای نانوسیمی
این تیم تحقیقاتی با جفت کردن یک جاذب نور پروسکایت با کاتالیزور نانوگل مسی، توانست هیدروکربن‌های پیچیده‌تری تولید کند. برای بهبود بیشتر کارایی و غلبه بر محدودیت‌های انرژی حاصل از تقسیم آب، این تیم الکترودهای نانوسیم سیلیکونی را اضافه کردند که می‌توانند گلیسرول را اکسید کنند. این پلتفرم جدید هیدروکربن‌ها را بسیار موثرتر تولید می‌کند - ۲۰۰ برابر بهتر از سیستم‌های قبلی برای تقسیم آب و دی‌اکسید کربن.
این واکنش نه تنها عملکرد کاهش دی‌اکسید کربن را افزایش می‌دهد، بلکه مواد شیمیایی با ارزشی مانند گلیسرات، لاکتات و فرمت تولید می‌کند که در داروسازی، آرایشی و بهداشتی و سنتز شیمیایی کاربرد دارند.
بهینه‌سازی فرآیند برای بهره‌وری بیشتر
آندری می‌گوید: گلیسرول معمولاً ضایعات محسوب می‌شود، اما در اینجا نقش مهمی در بهبود سرعت واکنش بازی می‌کند. این نشان می‌دهد که ما می‌توانیم پلتفرم خود را برای طیف گسترده‌ای از فرآیندهای شیمیایی فراتر از تبدیل ضایعات اعمال کنیم. با طراحی دقیق سطح کاتالیزور، می‌توانیم بر محصولاتی که تولید می‌کنیم تأثیر بگذاریم و فرآیند را انتخابی‌تر کنیم.
در حالی که گزینش پذیری فعلی دی‌اکسید کربن به هیدروکربن حدود ۱۰ درصد باقی مانده است، محققان در مورد بهبود طراحی کاتالیزور برای افزایش کارایی خوش‌بین هستند. این تیم در نظر دارد پلتفرم خود را برای واکنش‌های آلی پیچیده‌تر به کار گیرد و درهایی را برای نوآوری در تولید مواد شیمیایی پایدار باز کند. با پیشرفت‌های مداوم، این تحقیق می‌تواند گذار به اقتصاد دایره‌ای و بدون کربن را تسریع بخشد.
آندری می‌گوید: این پروژه یک نمونه عالی از این است که چگونه مشارکت‌های تحقیقاتی جهانی می‌تواند منجر به پیشرفت‌های علمی موثر شود. ما با ترکیب تخصص کمبریج و برکلی، سیستمی را توسعه داده‌ایم که ممکن است روش تولید سوخت و مواد شیمیایی ارزشمند را به‌طور پایدار تغییر دهد.
انتهای پیام/
نظر شما