4 دقیقه
برگی را تصور کنید که دیاکسید کربن را جذب میکند و سوخت مایع پس میدهد. این همان تصویری است که پژوهشگران ییل دنبال میکنند: دستگاهی خورشیدمحور که هوا، آب و نور آفتاب را بهطور مستقیم به متانول تبدیل میکند، سوختی مایع و قابل ذخیرهسازی که کاربرد گستردهای در صنعت دارد.
برگ آزمایشگاهی که از فتوسنتز تقلید میکند
این سامانه یک کاتالیزور مولکولی ناهمگن را با یک فوتوالکترود سیلیکونی ترکیب میکند. به برق خارجی نیازی نیست. نور خورشید انرژی لازم را برای اجرای زنجیرهای پیچیده از واکنشهای شیمیایی فراهم میکند که دیاکسید کربن را به متانول کاهش میدهد. این گروه کارایی را ۳۲ برابر بیشتر از سامانههای پیشین تولیدکننده الکل گزارش کرده است، جهشی آنقدر بزرگ که میتواند نگاه دانشمندان به فتوسنتز مصنوعی کاربردی را تغییر دهد.
دستاورد ششالکترونی
بیشتر کاتالیزورهای گذشته فقط میتوانستند هر بار دو الکترون را منتقل کنند و همین موضوع محصولات نهایی را به مولکولهای سادهتر، مانند مونوکسید کربن، محدود میکرد. کاتالیزور جدید با رساندن شش الکترون بهطور مستقیم به یک مولکول دیاکسید کربن، این محدودیت را دور میزند و واکنش را تا تولید متانول پیش میبرد. برای این کار، پژوهشگران مولکولهای فتالوسیانین کبالت را روی داربستهایی از نانولولههای کربنی تثبیت کردند. میتوان نانولولهها را مانند بزرگراههای الکترونیکی در نظر گرفت که جریان پیوستهای از الکترونها را به مراکز فعال واکنش میرسانند.
مهندسی سیلیکون برای سرعت و سطح تماس بیشتر
در این فوتوالکترود از ستونهای میکروسکوپی سیلیکونی استفاده شده که با لایهای از فولرن کربنی پوشانده شدهاند. این هندسه سطح در دسترس را بهطور چشمگیری افزایش میدهد و حرکت الکترونها را آسانتر میکند. ترکیب جریان سریع الکترون با ساختار پایدار کاتالیزور، این دستگاه را به کارآمدترین سامانه فوتوالکتروکاتالیستی مبتنی بر سیلیکون برای تبدیل دیاکسید کربن به سوخت تبدیل کرده که تاکنون گزارش شده است.
چرا متانول اهمیت دارد و چه موانعی باقی مانده است
متانول محصولی محدود و حاشیهای نیست. این ماده یک خوراک صنعتی چندمنظوره است و میتواند بهعنوان سوخت مایع، با زیرساختهای موجود ذخیرهسازی و حملونقل سازگار باشد. تولید مستقیم متانول از جو زمین همزمان دو مسئله را هدف میگیرد: یک گاز گلخانهای را بازیافت میکند و حامل انرژیای میسازد که نگهداری و جابهجایی آن ساده است.
اما مسیر رسیدن از میز آزمایشگاه به جایگاه سوخت کوتاه و فوری نیست. چالشها همچنان پابرجاست. دوام در برابر تابش پیوسته خورشید، پایداری بلندمدت کاتالیزور و مقیاسپذیر کردن جذب دیاکسید کربن رقیق موجود در هوا، همگی به مهندسی بیشتر نیاز دارند. گروه ییل هماکنون در حال اصلاح طراحی است تا عمر مفید دستگاه را افزایش دهد و امکان تجاریسازی آن را تقویت کند. آنها این فناوری را پایهای برای بازیافت صنعتی کربن و تولید انبوه سوختهای مایع تجدیدپذیر میدانند.
مقاله منتشرشده در انجمن شیمی آمریکا، جزئیات آرایش آزمایشی و شاخصهای عملکرد این سامانه را توضیح میدهد. به گفته پژوهشگران، این رویکرد تقلیدی دقیق از فتوسنتز زیستی است، در حالی که از مواد و معماریهایی بهره میبرد که برای تولید صنعتی مناسباند.
پیامدها و گامهای بعدی
آیا برگهای مهندسیشده میتوانند روزی در مقیاس سیارهای با فتوسنتز طبیعی رقابت کنند؟ هنوز نه. اما این دستگاه صورت مسئله را تغییر میدهد. بهجای رقابت با گیاهان، مسیری هدفمند برای تبدیل دیاکسید کربن به شکلی مناسب و قابل حمل از انرژی ارائه میکند، آن هم فقط با استفاده از نور خورشید. چنین رویکردی میتواند راهبردهای تازهای برای مدیریت کربن در صنایع سنگین و ذخیرهسازی انرژی ایجاد کند.
اولویتهای کوتاهمدت روشناند: افزایش استحکام، کاهش هزینه مواد و نمایش عملکرد پیوسته در شرایط واقعی. اگر این موانع برطرف شوند، فتوسنتز مهندسیشده میتواند از یک کنجکاوی علمی به ابزاری اقلیمی تبدیل شود و به بستن چرخه میان انتشار گازها و سوخت قابل استفاده کمک کند.
منبع: smarti
نظرات
سینا
ایده خوبیه، ولی یه دنیا کار مونده، پایداری و هزینه و جذب CO2 از هوا سختن اگر اینها حل شه، یعنی یه انقلاب.
لابنیکس
جالبه ولی آیا در شرایط واقعی با هوای رقیق کار میکنه؟ و هزینه تولید چطور باید پایین بیاد، واقعاً؟
دیتاپالس
وای... واقعاً احتمال داشت متانول از هوا ساخته شه؟ این پیشرفت بزرگه، اما نگران عمر و مقیاسپذیریام.
ارسال نظر