تمیزی و تولید انرژی همزمان با فتوسنتز مصنوعی

مجله ايلياد/ استاد دانشگاهي در رشته‌ي شيمي در فلوريدا به تازگي روشي يافته است که فرآيند فتوسنتز در مواد ساختگي، تبديل گازهاي گلخانه‌اي به هواي پاک و توليد انرژي را تماماً به‌صورت همزمان انجام مي‌دهد. اين فرآيند براي دستيابي به نوعي فناوري که قادر است به‌شکل قابل توجهي گازهاي گلخانه‌اي مرتبط با تغييرات آب و هوايي را کاهش دهد و همچنين براي به‌وجود آوردن روشي پاک براي توليد انرژي، ظرفيت فوق‌العاده‌اي دارد. «فرناندو يوريب‌رومو»، استاديار دانشگاه فلوريداي مرکزي گفت: «اين کار موفقيتي بزرگ است. از نگاه علمي ساخت موادي که بتواند رنگ خاصي از نور را جذب کند بسيار دشوار است، اما از ديدگاه اجتماعي ما در حال توسعه‌ي نوعي فناوري هستيم که مي‌تواند به کاهش گازهاي گلخانه‌اي کمک کند.» يافته‌هاي تحقيق او در مجله‌ي Materials chemistry A منتشر مي‌شود. يوريب‌رومو و گروهي از دانشجويانش روشي به‌وجود آوردند که با استفاده از انجام واکنشي شيميايي در ماده‌اي ساختگي به نام «ساختارهاي آلي - فلزي MOF»، دي اکسيد کربن را به مواد آلي بي‌ضرر تجزيه مي‌کند. به اين فرآيند به‌عنوان فتوسنتز مصنوعي شبيه به روشي که گياهان، دي اکسيد کربن و نور خورشيد را تبديل به مواد غذايي مي‌کنند، بينديشيد. اما روش يوريب رومو، به جاي غذا، سوخت خورشيدي توليد مي‌کند. اين همان چيزي است که دانشمندان سراسر دنيا سال‌ها است در جستجوي آن هستند؛ اما مشکل يافتن راهي است که نور مرئي به واسطه‌ي آن باعث اين تغيير شکل مواد شود. اشعه‌هاي فرابنفش انرژي کافي براي انجام اين واکنش در مواد معمول همچون دي اکسيد تيتانيوم را دارند، اما اين اشعه‌ها تنها حدود 4 درصد نوري که زمين از خورشيد دريافت مي‌کند را تشکيل مي‌دهند. طيف مرئي و طول موج بنفش تا قرمز بخش اعظم اشعه‌هاي نور خورشيد را مي‌سازد؛ اما مواد کمي وجود دارد که اين رنگ‌هاي نور را براي انجام اين واکنش شيميايي که دي اکسيد کربن را به سوخت تبديل مي‌کند، جذب کند. پژوهشگران با مواد گوناگون اين آزمايش را انجام داده‌اند، اما موادي که مي‌تواند نور مرئي را جذب کنند، همچون پلاتين، رنيوم، ايريدم، بسيار کمياب و گران هستند و بنابراين استفاده از آن‌ها در فرآيند فتوسنتز مصنوعي، به شکل سرسام‌آوري هزينه‌بر است. يوريب رومو از تيتانيوم، به‌عنوان فلزي غيرسمي و رايج، استفاده کرد و مولکول‌هاي آلي را که مانند آنتني براي جذب نور عمل مي‌کنند، به آن اضافه کرد تا ببيند که آيا آن ترکيب‌بندي اثر خواهد داشت يا خير؟ زماني که اين مولکول‌هاي آنتن جذب‌کننده‌ي نور، که «N-alkyl-2-aminoterephthalates» ناميده مي‌شوند، با MOFها ادغام مي‌شوند، مي‌توانند براي جذب رنگ‌هاي خاصي از نور مورد استفاده قرار گيرند. در اين مورد او آن‌ها را براي جذب رنگ آبي تنظيم کرد. گروهش براي آزمايش اين فرضيه از فتوراکتور ال‌اي‌دي به‌نام «photoreacter LED» آبي استفاده کردند. مقادير دقيقي از کربن دي اکسيد به آرامي وارد فتوراکتور مي‌شد که غلافي استوانه‌اي مجهز به نور آبي درخشان که بسيار شبيه به تخت برنزه کردن است، تا بررسي کنند که آيا اين واکنش انجام خواهد شد؟ نور آبي درخشان از باريکه‌هايي از نورهاي LED داخل محفظه‌ي استوانه‌اي مي‌آمد و طول موج آبي نور خورشيد را بازسازي مي‌کند. اين فرآيند انجام شد و اين واکنش شيميايي در فرآيندي که منجر به پاکسازي هوا مي‌شد، کربن دي اکسيد را به دو شکل کاهش يافته‌ي کربن، يعني «فرمات» و «فرم‌آميد»، دو نوع سوخت خورشيدي تبديل کرد. يوريب رومو گفت: «هدف ادامه‌اي اين تحقيقات تا جايي است که بتوانيم اين روش را به‌دقت تنظيم کنيم و در نهايت با توليد مقادير کربن کاهش يافته‌ي بيشتر، اين روش کارآمدتر خواهد بود.» او مايل است بررسي کند که آيا طول موج‌هاي ديگر نور مرئي ممکن است با تنظيم مواد ساختگي منجر به اين واکنش شوند يا خير؟ اگر اين امر امکان‌پذير باشد، اين فرآيند مي‌تواند روشي مهم براي کمک به کاهش گازهاي گلخانه‌اي باشد. او مي‌گويد: «ايده‌ي اصلي، راه‌اندازي اين ايستگاه‌ها در مکان‌هايي همچون مکان‌هاي نزديک به نيروگاه‌هاي برق است تا بتواند مقدار عظيمي دي‌اکسيد کربن را جذب کند. اين گاز وارد ايستگاه خواهد شد، فرآيند را طي مي‌کند، گازهاي گلخانه‌اي را بازيافت مي‌کند و در نهايت انرژي توليد شده به نيروگاه برگردانده مي‌شود.» شايد روزي، صاحبان خانه‌ها بتوانند تخته‌ها و پنل‌هايي ساخته شده از اين مواد براي پشت‌بام خانه‌هايشان بخرند تا علاوه بر تميز کردن هواي همسايگي آن‌ها، با انرژي توليد شده از آن نيروي مورد نياز خانه‌هايشان را نيز تامين کنند. يوريب رومو گفت: «اين امر قطعاً نيازمند فناوري جديد و تاسيسات زيربنايي است؛ اما مي‌تواند امکان‌پذير باشد.» ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد