یک شاهکار ژاپنی / تولید سوخت پاک از نور و آب

به گزارش فصل24 این رآکتور با مساحت ۱۰۰ متر مربع از صفحات فتوکاتالیست برای جداسازی اتم های اکسیژن و هیدروژن موجود در مولکول های آب استفاده می کند و درنتیجه هیدروژن را برای به کارگیری به عنوان سوخت بیرون می کشد.

اگرچه فناوری تازه هنوز در مراحل اولیه ی توسعه قرار دارد پژوهشگران امیدوارند که با طراحی فتوکاتالیست های کارآمدتر بتوان سوخت هیدروژن را با هزینه ای کمتر و به شکلی پایدار تولید کرد. یافته های این پژوهش در مجله Frontiers in Science منتشر شده است.

به نقل از زومیت کازوناری دومن استاد شیمی در دانشگاه شینشو ژاپن در توضیح این دستاورد به لایوساینس می گوید: «تجزیه آب با استفاده از نور خورشید و فتوکاتالیست یکی از بهترین روش ها برای تبدیل و ذخیره انرژی خورشیدی به شکل شیمیایی است. اگرچه پیشرفت های اخیر در این حوزه امیدبخش بوده اند هنوز چالش های بسیاری پیش روی ما قرار دارد.»

فتوکاتالیست ها نوعی کاتالیزور هستند که با قرارگیری در معرض نور واکنش هایی شیمیایی را که باعث تجزیه ی مولکول های آب به هیدروژن و اکسیژن می شود تسریع می کنند. اما اغلب فتوکاتالیست های کنونی که این فرآیند را به صورت «یک مرحله ای» انجام می دهند بازدهی کمی دارند. به همین دلیل تولید هیدروژن هنوز به شدت به گاز طبیعی به عنوان منبع فسیلی وابسته است.

پژوهشگران برای غلبه بر محدودیت ها در پروژه ی خود یک فتوکاتالیست جدید با فرآیند دو مرحله ای طراحی کردند. در مرحله اول اکسیژن جدا و در مرحله بعدی هیدروژن استخراج می شود. این طراحی به آن ها امکان داد رآکتوری بسازند که در طی سه سال به طور مداوم کار کرد. جالب این است که عملکرد رآکتور در نور طبیعی خورشید حتی بهتر از آزمایش های مبتنی بر نور فرابنفش بود.

تاکاشی هیساتومی پژوهشگر در دانشگاه شینشو و نویسنده ی اصلی مطالعه می گوید: «با استفاده از فتوکاتالیستی که به نور فرابنفش حساس است بازدهی تبدیل انرژی خورشیدی در نور طبیعی خورشید حدود ۱٫۵ برابر بیشتر شد.» او توضیح داد که نور استاندارد شبیه سازی شده در آزمایش ها از طیفی استفاده می کند که برای عرض های جغرافیایی بالاتر مناسب است. بااین حال در مناطقی که نور خورشید طول موج های کوتاه تری دارد بازدهی سیستم می تواند حتی بیشتر باشد.

با وجود پیشرفت ها بازدهی فعلی فناوری هنوز برای کاربردهای تجاری کافی نیست. هیساتومی تأکید می کند: «بازدهی این فرآیند در نور استاندارد شبیه سازی شده حداکثر یک درصد است و در نور طبیعی خورشید حتی به پنج درصد هم نمی رسد.»

پژوهشگران برای افزایش بازدهی از دانشمندان دیگر درخواست کرده اند که روی طراحی فتوکاتالیست های بهینه تر و ساخت رآکتورهای بزرگ تر کار کنند. همچنین ایمنی فرآیند نیز بسیار مهم است؛ زیرا تولید هیدروژن می تواند گاز اکسی هیدروژن ایجاد کند که خاصیت انفجاری دارد. خوشبختانه فرآیند دو مرحله ای به کاررفته در فناوری جدید امکان دفع ایمن این گاز را فراهم می کند.

کازوناری دومن در پایان افزود: «آنچه بیش از همه اهمیت دارد افزایش بازدهی تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی شیمیایی است. اگر بازدهی به سطح عملی ارتقا یابد توجه پژوهشگران به تولید انبوه جداسازی گازها و ساخت نیروگاه های بزرگ جلب خواهد شد. این پیشرفت نه تنها نگاه سیاست گذاران به انرژی خورشیدی را تغییر می دهد بلکه زیرساخت ها قوانین و مقررات مرتبط با سوخت های خورشیدی را نیز با سرعت بیشتری توسعه خواهد داد.»

۵۸۵۸