نسل جدید سوخت‌های خورشیدی مایع در راه است

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از تک اکسپلور، طی دهه گذشته، پژوهش‌های مهمی با هدف ایجاد سوخت پایدار مایع با استفاده از انرژی خورشیدی انجام شده است.

مواد نیمه رسانای جدید می‌توانند به طور موثر نور خورشید را جذب کرده و کاتالیزور فرایند تبدیل دی اکسید کربن به محصولات با ارزشی مانند سوخت‌های مایع باشند.

از سوی دیگر کاتالیزور‌های مولکولی نیز می‌توانند با جذب از دی اکسید کربن (CO۲) یک تک محصول تولید کنند که البته پایدار نیستند. با این حال، اغلب ایجاد یک محصول واحد چالش برانگیز است. در نتیجه، بسیاری از دانشمندان می‌گویند که هیچ یک از این رویکرد‌ها برای تولید سوخت مایع پایدار در مقیاس بزرگ کافی نیستند.

اکنون به لطف تلاش‌های دانشمندان دانشگاه ییل، روش سومی در حال ظهور است. آنها با همکاری محققان مرکز رویکرد‌های ترکیبی در انرژی خورشیدی (CHASE) در حال ترکیب مواد نیمه هادی جدید با کاتالیزور‌های مولکولی جدید در فرآیند‌های قدرتمندتر و کارآمدتر هستند که ممکن است برای استفاده گسترده‌تر مقیاس پذیر باشند.

مأموریت CHASE تسریع تحقیقاتی است که ممکن است منجر به تولید سوخت مایع از نور خورشید، آب، نیتروژن و دی اکسید کربن شود.

به گفته محققان، این رویکرد جدید امیدوارکننده می‌تواند منجر به تغییر بازی و ارائه محصولات سوخت جایگزین شود که مزیت اضافی حذف CO۲ از هوا را نیز دارند.

دو گروه از محققان دانشگاه ییل دو مطالعه مجزا و البته هم راستا را در این زمینه آغاز کرده اند که به گفته آنها می‌تواند یک رویکرد ترکیبی کارساز در حوزه انرژی‌های پایدار ارائه کند.

آنها تلاش کرده اند به فناوری لازم برای سوخت‌های خورشیدی عملی نزدیک‌تر شوند به همین منظور بر فوتوالکترود‌های مبتنی بر سیلیکون تمرکز کرده اند: اجزای موجود در باتری‌های خورشیدی که نور خورشید را جذب و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.

محققان الکترودی متشکل از مجموعه‌ای از ریزستون‌های سیلیکونی ساختند که با لایه‌ای از کربن فلوئوردار فوق آبگریز پوشیده شده بود. این راهبرد، سطح کلی الکترود را افزایش داد و منجر به افزایش چشمگیر فعالیت کاتالیزوری شد: تا ۱۷ برابر بیشتر از رکورد قبلی برای فوتوالکترود‌های سیلیکونی.

این رویکرد کارآمدترین تبدیل فوتوالکتروکاتالیستی CO۲ از نور خورشید به متانول بر اساس سیلیکون است که تاکنون گزارش شده. متانول یک سوخت مایع بی رنگ و جایگزین است.

گروه دیگر، روی فرآیندی شامل تراشه‌های نازک از سیلیکون متخلخل، شکلی از سیلیکون که با کانال‌هایی به نام نانوحفره‌ها حک می‌شود، کار کردند. آنها یک کاتالیزور رنیوم مولکولی را به این تراشه‌های الکترودی متصل کردند.

مجریان این مطالعه می‌گویند این نخستین بار است که یک کاتالیزور مولکولی به سیلیکون متخلخل متصل می‌شود.

واکنش شیمیایی حاصل که توسط نور خورشید آغاز می‌شود، در مقایسه با وقتی که کاتالیست‌های مولکولی با سیلیکون مسطح غیر متخلخل جفت می‌شوند، CO۲ را به روشی سازگارتر و قابل تکرارتر به مونوکسید کربن تبدیل می‌کند.

این پژوهشگران می‌گویند: ما با موفقیت یک کاتالیزور کاهش مولکولی موثر CO۲ را روی یک ماده سیلیکونی جذب کننده نور خورشید تثبیت کردیم. این دستاورد دستگاه را قادر می‌سازد تا مستقیما از انرژی نور خورشید برای تولید سوخت استفاده کند.

به گفته پژوهشگران هر دو مطالعه فوتوالکترود‌های کاهش دی اکسید کربن را با سیلیکون و یک کاتالیزودر مولکولی توسعه می‌دهند، اما رویکرد‌های آنها بسیار متفاوت است.