تبدیل انرژی خورشیدی به سوخت شیمیایی با یک روش جدید

دانشمندان مرکز رویکردهای ترکیبی انرژی خورشیدی به سوخت‌های مایع (CHASE) در ایالات متحده در حال کار بر روی بهبود بازده تولید سوخت‌های خورشیدی مایع هستند که می‌توانند انرژی خورشید را به‌طور مستقیم به سوخت‌های شیمیایی ذخیره‌پذیر تبدیل کنند.

به گزارش تک‌ناک، CHASE کنسرسیومی است که توسط وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا راه‌اندازی شده است و محققانی از دانشگاه‌های برتر ایالات متحده از جمله پرینستون و ییل در آن حضور دارند.

این پیشرفت‌ها در فناوری می‌تواند به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و افزایش استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر کمک کند.

بهبودهای انجام‌شده در کارایی تولید این سوخت‌ها، گامی مهم به سوی انرژی پایدار و پاک‌تر به حساب می‌آید.

با توجه به اینکه امروزه بشر به دنبال کاهش وابستگی خود به سوخت‌های فسیلی است، منابع انرژی تجدیدپذیر مانند: باد و خورشید برای پاسخگویی به نیازهای برق در بسیاری از نقاط جهان افزایش یافته‌اند.

با وجود این، صنایع سنگین و برنامه‌های کاربردی مانند حمل‌ونقل در مسافت طولانی نمی‌توانند با انرژی حاصل از بسته‌های باتری کار کنند و به سوختی با انرژی متراکم نیاز دارند که بتواند جایگزین گازوئیل و بنزین شود.

درست مانند برگ‌ها که دی‌اکسید کربن (CO2) و آب را در نور خورشید به غذا تبدیل می‌کنند، دانشمندان مشتاق هستند تا رویکردی برای تولید انرژی با استفاده از منبع نور فراوان ایجاد کنند.

انجام این کار با گازی مانند دی‌اکسید کربن دارای مزیت دوچندان است، چرا که غلظت گازهای گلخانه‌ای را در جو کاهش می‌دهد و در عین حال منبع انرژی قابل اعتمادی مانند متانول که با استفاده از نور خورشید ساخته می‌شود را نیز فراهم می‌کند. دانشمندان از آنها به عنوان سوخت‌های خورشیدی مایع یاد می‌کنند.

سوخت مایع خورشیدی چگونه ساخته می‌شود؟

تا به امروز، دانشمندان با موفقیت سوخت‌های خورشیدی مایع را با استفاده از فوتوالکترودهای سیلیکونی تولید کرده‌اند.

این فرایند با ترکیب کاتالیزورها روی سطح سیلیکون کار می‌کند که می‌تواند نور را جذب و واکنش شیمیایی لازم را آغاز کند.

در حضور آب، دی‌اکسید کربن می‌تواند به متانول یا حتی مونوکسید کربن (CO) تبدیل شود، که به عنوان یک مولکول شروع‌کننده برای سنتز طیف گسترده‌ای از محصولات مفید دیگر عمل می‌کند.

در حالی که دانشمندان دهه‌ها از وجود سیلیکون با سطح بالا اطلاع داشتند، هرگز از این ماده در فوتوالکترودها برای تولید سوخت خورشیدی مایع استفاده نشده است.

تیم تحقیقاتی در CHASE برای اولین بار این کار را انجام دادند و شاهد نتایج امیدوارکننده‌ای بودند.

چگونه دی‌اکسید کربن به سوخت تبدیل شد؟

تیم CHASE فوتوالکترودها را با استفاده از مواد سیلیکونی با سطح بالا ساختند.

این کار به آنها اجازه داد تا کاتالیزورها را در سطح مولکولی مطالعه و نقش آنها را در انجام واکنش‌های شیمیایی بهتر درک کنند.

در یک آزمایش که در آن از کبالت به عنوان کاتالیزور استفاده شد و روی سیلیکون قرار گرفت که به صورت سه‌بعدی و به شکل میکروپیلارها استفاده شده بود، محققان مشاهده کردند که متانول با چگالی جریان بالاتری تولید شد.

این موضوع می‌تواند باعث تولید یک فتوالکترود پیشرفته شود، که در آینده برای تولید سوخت مایع مورد استفاده قرار گیرد.

در رویکردی دیگر، کاتالیزور پس از ادغام در سیلیکون نانومتخلخل از کبالت به رنیم تغییر یافت.

فوتوالکترود هیبریدی که در نتیجه تولید شد، دوام و گزینش‌پذیری بالاتری را از خود نشان داد، چرا که دی‌اکسید کربن را به متانول کاهش می‌داد، که با در نظر گرفتن مقیاس و تجاری‌سازی این فناوری، یک نکته مهم است.

آزمایش‌ها مزایای استفاده از سیلیکون با سطح بالا در ساخت فوتوالکترودها را نشان دادند.

با پیشرفت‌های بیشتر فناوری، روزی خواهد رسید که بتوانیم یک چرخه بسته از استفاده و تولید سوخت ایجاد کنیم که تنها از دی‌اکسید کربن، آب و نور خورشید استفاده کند.

این یک گام بزرگ به سوی ساختن یک سیاره پایدار است.

نوشته تبدیل انرژی خورشیدی به سوخت شیمیایی با یک روش جدید اولین بار در تک ناک. پدیدار شد.