تولید سوخت پاک از آب
سوخت خورشیدی ماده‌ای شیمیایی است، که در طی فرآیندی به طور مستقیم و یا غیر مستقیم با استفاده از انرژی نورخورشید سنتز می‌شود. به صورت تئوریک مزیت عمده این سوخت‌ها است که بعد از سوختن به جای تولید گازهای گلخانه‌ای مخرب و با عمر طولانی مثل دی‌اکسید کربن و مواد آلاینده هوای شهرها، بخار آب تولید می‌کنند. مواد استفاده شده در این سوخت آب، دی‌اکسید کربن و نور خورشید است. این محققان فرآیندی را طراحی کرده‌اند که امیدوارند مراحل طراحی و ساخت یک سوخت تجاری خورشیدی را تسهیل کند.
یکی از پتانسیل‌های محققان که سال‌ها است در تلاش برای ساخت این سوخت‌ها هستند، جدا کردن هیدروژن از آب است. از آن‌جایی که هر ملکول آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن ساخته شده است، پتانسیل این ماده برای ساخت سوخت خورشیدی بسیار بالا است. هیدروژن خالص بسیار قابل اشتعال است که آن را سوختی قابل اتکا می‌کند. بنابرین اگر راهی بیابید که با استفاده از نور خورشید ملکول‌های آب را شکسته و هیدروژن تولید کنید آن‌وقت سوختی خواهید داشت پاک که در اثر سوختن دوباره تبدیل به همان بخار آب خواهد شد. اما مسئله این است که شکستن ملکول‌های آب بر اثر نورخورشید آسان نیست و اگر این‌طور بود آب سه چهارم سطح زمین را نپوشانده بود. برای حل این مسئله نیاز به کاتالیزورهایی است که از انرژی خورشیدی نیرو می‌گیرند. در طی چهار دهه گذشته محققان تنها 16 عدد از این کاتالیزورهای مشهوربه «فوتوآند» را کشف کرده بودند. اما حال با استفاده از یک روش جدید محققان در کلتک و لاورنس برکلی موفق به ساخت 12 فوتوآند شدند که بسیار امیدوار کننده هستند. مقاله‌ای که این روش جدید و فوتوآندهای تازه کشف شده را شرح می‌دهد در Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است. این روش در یک همکاری بین مرکز مشترک فوتوسنتز مصنوعی و پروژه مواد برکلی و مرکز کامپیوتر تحقیقات علمی آزمایشگاه لاورنس برکلی پدید آمده است. این همکاری روی ساخت یک روش اقتصادی برای تولید سوخت از آب، دی‌اکسید کربن و نورخورشید متمرکز شده است. « چیزی که درباره این مطالعه چشم‌گیر است ترکیب آزمایش و تئوری است و همین‌طور یافتن ترکیبات جدید برای ساختن سوخت‌های خورشیدی است. همچنین این مطالعه به ما اجازه داده که چیزهای جدیدی درباره ساختار الکترونیک این مواد یاد بگیریم. این را «نیتون» مدیر یکی از بخش‌های مطالعه می‌گوید. روش قبلی برای یافتن موادی که به عنوان فوتوآند به کار بروند، بر آزمایش تک تک مواد برای کاربری‌های خاص متکی بود. اما در روش جدید با تکیه بر توانایی‌های کامپیوتری و علم مواد، ابتدا بانک داده‌های مواد دارای پتانسیل جستجو شده و سپس امیدوار کننده‌ترین کاندیداها را در شبیه‌سازی مورد آزمایش قرار دادند. در آزمایش شرح داده شده تیم، 174 ترکیبی وانادیوم، اکسیژن و دیگرعناصر جدول تناوبی را مورد آزمایش قرار دادند. محققان نشان دادند که چطور انتخاب عنصر سوم می‌تواند روی خصوصیات مواد تاثیر بگذارد و همین‌طور باعث تنظیم ویژگی‌های مواد شود. محاسبات تئوری توسط منابع کامپیوتری همچنین زمان لازم برای انجام آزمایشات را کوتاه کردند و باعث کشف مواد بهتری شدند. حالا آزمایشات عملی می‌تواند باعث کشف موادی شود که از نظر اقتصادی و کارایی عملی برای ساخت یک فوتوآند به درد بخورد. یافتن این ماده می‌تواند باعث تولید سوختی شود که پاک و تمییز بوده و یا دی‌اکسید کربنی که تولید می‌کند، قبلا از جو زمین گرفته شده است.
علی رنجبران
No tags for this post.
