محققان و سیاست گذاران سراسر دنیا در تلاش برای غلبه کردن بر سرعت رو به رشد تغییرات جوی هستند و آن‌ها بر روی مجرم اصلی یعنی دی اکسید کربن متمرکز شده اند.
این گاز که در اثر سوختن سوخت‌های فسیلی در نیروگاه های خورشیدی و موتور خودروها تولید می شود، در جو انباشت شده و سیاره زمین را گرم می کند. با این حال، درختان و گیاهان دیگر به تدریج دی اکسید کربن موجود در جو را شکار کرده و آن را به قندی تبدیل می کند که انرژی را ذخیره می کند.
در مطالعه جدید که در آزمایشگاه ملی آرگون متعلق به وزارت انرژی ایالات متحده و دانشگاه ایلینوی در شیکاگو انجام شد، محمد اسدی، پدرام عباسی، پویا یسایی، امیرحسین بهرنگی نیا و امین صالحی خورجین به همراه همکارانشان، روش مشابهی را برای تبدیل کردن دی اکسید کربن به منبع انرژی کارآمد با استفاده از نور خورشید یافته اند.
لاری کرتیس، شیمی دان آزمایشگاه آرگون و یکی نویسندگان این مقاله، گفت: یکی از چالش های اصلی برای ایزوله کردن دی اکسید کربن این است که این گاز از لحاظ شیمیایی غیرواکنش دهنده است و تبدیل کردن آن به مولفه ای دیگر، فرآیندی کاملا دشوار است.
برای تبدیل کردن دی اکسید کربن به مولفه ای که بتواند سوخت کارآمدی باشد، دانشمندان نیاز به یک کاتالیزگر داشتند. کاتالیزگر، ترکیب خاصی است که می تواند دی اکسید کربن را وادار به نشان دادن واکنش به صورت آماده تری کند. گیاهان هنگام تبدیل کردن دی اکسید کربن از جو به قند، از نوعی کاتالیزگر آلی موسوم به آنزیم استفاده می کند. محققان از ترکیب فلزی به نام دیسلنید تنگستن بهره بردند و آن را به دانه‌هایی به اندازه نانو شکل دادند تا ناحیه سطحی را به حداکثر رسانده و دی اکسید کربن را وادار به واکنش کنند.
در حالی که گیاهان از کاتالیزگرهایشان برای تولید قند استفاده می کنند، محققان آزمایشگاه آرگون از کاتالیزگرها برای تبدیل کردن دی اکسید کربن به منوکسید کربن استفاده کردند. گرچه منوکسید کربن هم یک گاز گلخانه ای است، نسبت به دی اکسید کربن واکنشی تر است و دانشمندان راه هایی را برای تبدیل کردن منوکسید کربن به سوخت کارآمدی مانند متانول در اختیار دارند.
گرچه واکنش متحول کردن دی اکسید کربن به منوکسید کربن متفاوت از آنچه است که در طبیعت یافت می شود، به همان ورودی اساسی به عنوان فتوسنتز نیاز دارد. در فرآیند فتوسنتز، درختان به انرژی نور، آب و دی اکسید کربن برای تولید سوخت خود نیاز دارند و در آزمایش جدید، مواد همان مواد هستند اما محصول بدست آمده متفاوت است.
محیط این واکنش به اندازه کافی به طبیعت شباهت دارد و تیم علمی در واقع، توانست نوعی "برگ مصنوعی" تولید کند که تمامی واکنش سه مرحله ای برای تبدیل دی اکسید کربن به سوخت را کامل کند. در مرحله اول، فوتون های ورودی یا همان بسته های نور به جفت های الکترون دارای بار منفی و حفره های متناظر دارای بار مثبت تبدیل می شوند که بعدا از یکدیگر جدا می شوند. در مرحله دوم، حفره ها با مولکول های آب واکنش نشان می دهند و فوتون ها و مولکول های اکسیژن تولید می کنند. در نهایت، فوتون ها، الکترون ها و دی اکسید کربن همگی برای تولید منوکسید کربن و آب واکنش نشان می دهند.
بشر انواع زیادی از هیدروکربن ها مانند زغال سنگ، نفت یا گازوئیل را می سوزاند و یافتن راهی برای تولید سوخت های شیمیایی کارآمدتر با کمک نور خورشید می تواند تاثیر زیادی بر این روند داشته باشد.
برای رسیدن به این هدف، مطالعه دانشمندان نشان داد که واکنش انجام شده در این آزمایش با حداقل از دست رفتن انرژی رخ می دهد و چنین واکنشی بسیار کارآمد است. هر چه واکنشی کمتر کارآمد باشد، هزینه انرژی برای بازیافت کردن دی اکسید کربن بالاتر است و بنابراین داشتن نوعی واکنش کارآمد حیاتی است.
کاتالیزگر دی سلنید تنگستن به کار رفته در این مطالعه کاملا ماندگار است و ماندگاری آن بیش از 100 ساعت اعلام شده است.
جزئیات این مقاله در مجله Science ارائه شد.
مترجم: شه تاو ناصری
No tags for this post.