چگونه می‌توان هیدروژن پاک تولید کرد؟
چگونه می‌توان هیدروژن پاک تولید کرد؟
مجله علمی ایلیاد - دهه‌های متمادی محققین به دنبال این بودند که بتوانند با استفاده از انرژی خورشیدی مولکول‌های آب را بشکنند و هیدروژن را به عنوان منبع انرژی پاک استحصال کنند. تلاش‌هایی که تا کنون انجام شده، اکثراً به راه‌هایی منتج شده که هزینه‌های زیادی دارند و معمولاً راه‌هایی که هزینه‌ی کمی دارند، بازدهی پایینی دارند.
اخیراً محققین دانشگاه تگزاس راهی کم هزینه پیدا کرده‌اند که با کارایی بالا، با استفاده از نور خورشید، مولکول‌های اکسیژن را از آب جدا می‌کند. نتیجه‌ی این مطالعه در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده است.
از دهه‌ی ۱۹۷۰ میلادی دانشمندان به دنبال راهی بوده‌اند که طی آن به کمک خورشید هیدروژن استحصال کنند، ولی ماده‌ای که دستگاه مورد نظر از آن ساخته شود، پیدا نشده بود. این ماده باید جذب نور بالایی داشته باشد و در عین حال در زمان انجام واکنش شکست آب مقاوم بوده و از بین نرود. بررسی‌های دانشمندان نشان داده است که مواد دارای جذب بالا، در شرایط انجام واکنش شکست آب، معمولاً ناپایدار هستند. با این حال، ترکیب مواد مختلف می‌تواند این معضل را حل کند. می‌توان از سیلیکون به عنوان جاذب نور و از دی‌اکسیدسیلیکون به عنوان ماده‌ی پایدار در ترکیب با یکدیگر استفاده کرد و دستگاه مورد نظر را ساخت.
معضلی که با ترکیب این دو ماده با یکدیگر ایجاد می‌شود، این است که الکترون‌های جذب شده از نور خورشید در سیلیکون، باید بتوانند به آسانی از درون لایهی دی‌اکسیدسیلیکون حرکت کنند و به همین دلیل این لایه باید در حد چند نانومتر ضخامت داشته باشد و در این حالت کارایی آن برای محافظت از لایهی سیلیکونی جاذب نور کاهش پیدا می‌کند.
راه حلی که محققین برای این چالش پیشنهاد داده‌اند، این است که راهی درون لایهی ضخیم دی‌اکسیدسیلیکون ایجاد کنند که رسانایی الکتریکی داشته باشد و بتوان آن‌را به راحتی در مقیاس‌های بزرگ عملیاتی کرد. آن‌ها از روشی که در تولید چیپ‌های الکترونیکی نیمه‌رساناها استفاده می‌شود، بهره گرفته‌اند. پوشش دادن لایهی دی‌اکسیدسیلیکون با لایه‌ای نازک از آلومینیوم و سپس گرم کردن کل ساختار باعث می‌شود ذرات آلومینیوم به درون دی‌اکسیدسیلیکون نفوذ کنند و پل‌های رسانا را درون دی‌اکسیدسیلیکون ایجاد کند. این کار را می‌توان به راحتی با مواد دیگری مانند نیکل انجام داد تا به این ترتیب، نقش کاتالیزور را نیز برای واکنش شکست آب داشته باشد.
زمانی که دستگاه ساخته شده در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد، آب با بازدهی بالا اکسید می‌شود و مولکول‌های اکسیژن شکل می‌گیرند و در حین آن هیدروژن نیز در الکترودی مجزا تولید می‌شود.
بهبود روش‌های تولید هیدروژن یکی از راه‌هایی است که می‌تواند هیدروژن را به عنوان یک منبع سوختی مهم مطرح کند. امروزه اکثر هیدروژن تولیدی در دنیا از طریق گرمایش بخار و متان است که تکیه‌ی زیادی بر سوخت‌های فسیلی دارد و تولید انتشارات کربنی آن بالا است.
روشی که این محققین ارائه کرده‌اند راه را برای تولید هیدروژن پاک هموار می‌کند و پتانسیل تبدیل هیدروژن به یک سوخت تجدیدپذیر مهم را ایجاد می‌کند.