توسط : 
پژوهشگران چینی موفق به توسعه روشی نوین مبتنی بر «فتوسنتز مصنوعی» شدهاند که میتواند با استفاده از نور خورشید، آب و دیاکسیدکربن، ترکیبات پایه بنزین را تولید کند؛ فناوریای که در صورت تجاریسازی میتواند مسیر تازهای برای تولید سوختهای پایدار و کاهش انتشار کربن ایجاد کند.
به گزارش interesting engineering، تیمی از دانشمندان آکادمی علوم چین و دانشگاه علم و فناوری هنگکنگ، روشی ارائه دادهاند که با بهرهگیری از انرژی خورشیدی، دیاکسیدکربن و آب را به مواد شیمیایی ارزشمند – ازجمله پیشمادههای بنزین – تبدیل میکند. این رویکرد از فرایند طبیعی فتوسنتز الهام گرفته است؛ فرایندی که در آن گیاهان با استفاده از نور خورشید، آب و CO₂ انرژی تولید میکنند.
در این پروژه، پژوهشگران مادهای تخصصی طراحی کردهاند که قادر است مقادیر اندکی انرژی الکتریکی را ذخیره کند و بدینترتیب کارایی واکنشهای شیمیایی لازم برای تبدیل CO₂ به ترکیبات مفید را افزایش دهد. این ویژگی نقش مهمی در بهبود بازده فرایند و پایداری واکنشها ایفا میکند.
بهمنظور پیشبرد تولید سوختهای خورشیدی، این سامانه با کاتالیزورهایی ترکیب شده است که دیاکسیدکربن را به ترکیبات مختلف شیمیایی تبدیل میکنند. درنتیجه، پژوهشگران موفق به تولید مونوکسیدکربن با انرژی خورشیدی شدهاند؛ مادهای میانی که میتواند در مراحل بعدی به انواع سوخت تبدیل شود و گزینهای بالقوه برای بخشهایی باشد که برقیسازی آنها دشوار است، ازجمله صنایع هوانوردی و کشتیرانی.
این تیم تحقیقاتی در مقالهای که در مجله Nature Communications منتشر شده، اعلام کرد رویکرد جدید آنها یک راهبرد «مخزن بار الهامگرفته از زیست» برای افزایش کارایی فتوکاهش دیاکسیدکربن ارائه میدهد. به گفته پژوهشگران، این روش میتواند مسیری عمومی برای تولید سوختهای خورشیدی فراهم کند و شکاف مهم میان انرژیهای تجدیدپذیر و کاربردهای صنعتی پرمصرف را کاهش دهد.
فتوکاتالیز و تولید سوخت خورشیدی
به نوشته South China Morning Post، علاقه به تبدیل دیاکسیدکربن با استفاده از نور – فتوکاتالیز – درحال افزایش است؛ زیرا این فناوری علاوه بر کمک به کاهش انتشار گازهای گلخانهای، میتواند فشار بر منابع طبیعی را نیز کاهش دهد. یکی از کاربردهای جذاب این حوزه، تولید «سوختهای خورشیدی» است؛ سوختهای مصنوعی تولیدشده با نور خورشید که از نظر ساختار شیمیایی شباهت زیادی به سوختهای فسیلی دارند و قابلیت استفاده در زیرساختهای فعلی انرژی را حفظ میکنند.
در این فرایند، دیاکسیدکربن ابتدا به مواد میانی مانند مونوکسیدکربن تبدیل میشود و سپس امکان تبدیل آن به هیدروکربنهای مایع فراهم میشود؛ مسیری که میتواند بدون نیاز به بازطراحی کامل سامانههای انرژی، گزینهای پایدار برای تولید سوخت ارائه دهد.
پژوهشگران همچنین تأکید کردند جایگزینی مواد مصرفی شیمیایی با آب در تولید سوختهای خورشیدی، راهکاری ایدهآل محسوب میشود؛ اما این هدف نیازمند اتصال مجموعهای از واکنشهای پیچیده شیمیایی از جمله اکسیداسیون آب و کاهش دیاکسیدکربن است.
در طبیعت، این فرایندها با کارایی بالا انجام میشوند؛ زیرا مولکولهایی وجود دارند که الکترونهای تولیدشده توسط نور را بهطور موقت ذخیره کرده و انتقال انرژی را تسهیل میکنند — سازوکاری که الهامبخش طراحی سامانه جدید فتوسنتز مصنوعی بوده است.
پژوهشگران با الهام از این راهبرد طبیعی، سازوکاری مشابه برای ذخیره بار الکتریکی را در یک سامانه فتوسنتز مصنوعی پیادهسازی کردند تا کارایی گیاهان در هدایت واکنشهای شیمیایی مبتنی بر انرژی خورشیدی را بازآفرینی کنند.
در همین راستا، تیم تحقیقاتی مادهای مبتنی بر تریاکسید تنگستن اصلاحشده با نقره طراحی کرد که قادر است هنگام تابش نور، الکترونها را ذخیره کرده و در زمان مورد نیاز آزاد کند. به گفته آنها، عملکرد این ماده با سامانههایی که از مواد آلی مصرفی استفاده میکنند برابری دارد و در صورت ترکیب با طیف گستردهای از کاتالیزورها، «کاربردپذیری عمومی» ارائه میدهد.
آزمایشها در شرایط نور طبیعی نشان داد که تابش خورشید میتواند واکنشهای موردنظر را فعال کند و مسیر را برای توسعه سوختهای خورشیدی هموار سازد. پژوهشگران تأکید کردند این رویکرد نیاز به مواد مصرفی غیرپایدار را حذف میکند و در عین حال، یک اصل طراحی انعطافپذیر برای توسعه سامانههای فتوکاتالیستی کارآمد و مستقل فراهم میآورد.
