تمیزی و تولید انرژی همزمان با فتوسنتز مصنوعی
مجله علمی ایلیاد - استاد دانشگاهی در رشتهی شیمی در فلوریدا به تازگی روشی یافته است که فرآیند فتوسنتز در مواد ساختگی، تبدیل گازهای گلخانهای به هوای پاک و تولید انرژی را تماماً بهصورت همزمان انجام میدهد. این فرآیند برای دستیابی به نوعی فناوری که قادر است بهشکل قابل توجهی گازهای گلخانهای مرتبط با تغییرات آب و هوایی را کاهش دهد و همچنین برای بهوجود آوردن روشی پاک برای تولید انرژی، ظرفیت فوقالعادهای دارد.
«فرناندو یوریبرومو»، استادیار دانشگاه فلوریدای مرکزی گفت: «این کار موفقیتی بزرگ است. از نگاه علمی ساخت موادی که بتواند رنگ خاصی از نور را جذب کند بسیار دشوار است، اما از دیدگاه اجتماعی ما در حال توسعهی نوعی فناوری هستیم که میتواند به کاهش گازهای گلخانهای کمک کند.» یافتههای تحقیق او در مجلهی Materials chemistry A منتشر میشود.
یوریبرومو و گروهی از دانشجویانش روشی بهوجود آوردند که با استفاده از انجام واکنشی شیمیایی در مادهای ساختگی به نام «ساختارهای آلی - فلزی MOF»، دی اکسید کربن را به مواد آلی بیضرر تجزیه میکند. به این فرآیند بهعنوان فتوسنتز مصنوعی شبیه به روشی که گیاهان، دی اکسید کربن و نور خورشید را تبدیل به مواد غذایی میکنند، بیندیشید. اما روش یوریب رومو، به جای غذا، سوخت خورشیدی تولید میکند.
این همان چیزی است که دانشمندان سراسر دنیا سالها است در جستجوی آن هستند؛ اما مشکل یافتن راهی است که نور مرئی به واسطهی آن باعث این تغییر شکل مواد شود. اشعههای فرابنفش انرژی کافی برای انجام این واکنش در مواد معمول همچون دی اکسید تیتانیوم را دارند، اما این اشعهها تنها حدود 4 درصد نوری که زمین از خورشید دریافت میکند را تشکیل میدهند. طیف مرئی و طول موج بنفش تا قرمز بخش اعظم اشعههای نور خورشید را میسازد؛ اما مواد کمی وجود دارد که این رنگهای نور را برای انجام این واکنش شیمیایی که دی اکسید کربن را به سوخت تبدیل میکند، جذب کند.
پژوهشگران با مواد گوناگون این آزمایش را انجام دادهاند، اما موادی که میتواند نور مرئی را جذب کنند، همچون پلاتین، رنیوم، ایریدم، بسیار کمیاب و گران هستند و بنابراین استفاده از آنها در فرآیند فتوسنتز مصنوعی، به شکل سرسامآوری هزینهبر است. یوریب رومو از تیتانیوم، بهعنوان فلزی غیرسمی و رایج، استفاده کرد و مولکولهای آلی را که مانند آنتنی برای جذب نور عمل میکنند، به آن اضافه کرد تا ببیند که آیا آن ترکیببندی اثر خواهد داشت یا خیر؟ زمانی که این مولکولهای آنتن جذبکنندهی نور، که «N-alkyl-2-aminoterephthalates» نامیده میشوند، با MOFها ادغام میشوند، میتوانند برای جذب رنگهای خاصی از نور مورد استفاده قرار گیرند. در این مورد او آنها را برای جذب رنگ آبی تنظیم کرد.
گروهش برای آزمایش این فرضیه از فتوراکتور الایدی بهنام «photoreacter LED» آبی استفاده کردند. مقادیر دقیقی از کربن دی اکسید به آرامی وارد فتوراکتور میشد که غلافی استوانهای مجهز به نور آبی درخشان که بسیار شبیه به تخت برنزه کردن است، تا بررسی کنند که آیا این واکنش انجام خواهد شد؟ نور آبی درخشان از باریکههایی از نورهای LED داخل محفظهی استوانهای میآمد و طول موج آبی نور خورشید را بازسازی میکند. این فرآیند انجام شد و این واکنش شیمیایی در فرآیندی که منجر به پاکسازی هوا میشد، کربن دی اکسید را به دو شکل کاهش یافتهی کربن، یعنی «فرمات» و «فرمآمید»، دو نوع سوخت خورشیدی تبدیل کرد.
یوریب رومو گفت: «هدف ادامهای این تحقیقات تا جایی است که بتوانیم این روش را بهدقت تنظیم کنیم و در نهایت با تولید مقادیر کربن کاهش یافتهی بیشتر، این روش کارآمدتر خواهد بود.» او مایل است بررسی کند که آیا طول موجهای دیگر نور مرئی ممکن است با تنظیم مواد ساختگی منجر به این واکنش شوند یا خیر؟ اگر این امر امکانپذیر باشد، این فرآیند میتواند روشی مهم برای کمک به کاهش گازهای گلخانهای باشد. او میگوید: «ایدهی اصلی، راهاندازی این ایستگاهها در مکانهایی همچون مکانهای نزدیک به نیروگاههای برق است تا بتواند مقدار عظیمی دیاکسید کربن را جذب کند. این گاز وارد ایستگاه خواهد شد، فرآیند را طی میکند، گازهای گلخانهای را بازیافت میکند و در نهایت انرژی تولید شده به نیروگاه برگردانده میشود.»
شاید روزی، صاحبان خانهها بتوانند تختهها و پنلهایی ساخته شده از این مواد برای پشتبام خانههایشان بخرند تا علاوه بر تمیز کردن هوای همسایگی آنها، با انرژی تولید شده از آن نیروی مورد نیاز خانههایشان را نیز تامین کنند. یوریب رومو گفت: «این امر قطعاً نیازمند فناوری جدید و تاسیسات زیربنایی است؛ اما میتواند امکانپذیر باشد.»
نوشته: University of Central Florida
ترجمه: مینا آذری - مجله علمی ایلیاد