تحقیقات فتوسنتز راه های جدیدی را برای انرژی های تجدیدپذیر باز می کند

محققان دانشگاه فنی مونیخ (TUM) از فتوسنتز مصنوعی استفاده می کنند که ممکن است گاز سنتزی (گاز مصنوعی) را برای صنایع شیمیایی در مقیاس بزرگ تولید کند و بتواند باتری ها را شارژ کند.

گیاهان از فتوسنتز برای برداشت انرژی از نور خورشید استفاده می کنند، اکنون محققان این اصل را به عنوان فتوسنتز مصنوعی برای پایه ای برای توسعه فرآیندهای جدید پایدار به کار گرفته اند.

مقاله توصیف کننده این تحقیق در مجله Advanced Materials منتشر شده است

گاز سنتز، مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن، یک محصول واسطه ای مهم در ساخت بسیاری از مواد اولیه شیمیایی مانند آمونیاک، متانول و سوخت های هیدروکربنی مصنوعی است.

پروفسور رولاند فیشر از کرسی شیمی معدنی و آلی فلزی می‌گوید: سینگ در حال حاضر تقریباً منحصراً با استفاده از مواد خام فسیلی ساخته می‌شود.

تولید انرژی از نور: نانوآنزیم تازه توسعه یافته، یک پودر زرد رنگ، از خواص آنزیم های دخیل در فتوسنتز تقلید می کند.

یک پودر زرد که توسط یک تیم تحقیقاتی به رهبری فیشر ساخته شده است، قرار است همه اینها را تغییر دهد. دانشمندان از فتوسنتز الهام گرفتند، فرآیندی که گیاهان برای تولید انرژی شیمیایی از نور استفاده می کنند. فیشر توضیح داد: طبیعت برای فتوسنتز به دی اکسید کربن و آب نیاز دارد.

نانومواد توسعه یافته توسط محققان از خواص آنزیم های دخیل در فتوسنتز تقلید می کند، نانوآنزیم با استفاده از دی اکسید کربن، آب و نور به روشی مشابه گاز سنتز تولید می کند.

دکتر فیلیپ استنلی که به عنوان بخشی از پایان نامه دکترای خود به این موضوع پرداخته است، با عمق بیشتری توضیح داد: یک مولکول وظیفه یک آنتن انرژی را بر عهده می گیرد، مشابه مولکول کلروفیل در گیاهان، نور دریافت می شود و الکترون ها به مرکز واکنش یعنی کاتالیزور منتقل می شوند.

جنبه نوآورانه سیستم محققان این است که اکنون دو مرکز واکنش وجود دارد که به آنتن متصل هستند، یکی از این مراکز دی اکسید کربن را به مونوکسید کربن و دیگری آب را به هیدروژن تبدیل می کند. چالش اصلی طراحی، چیدمان آنتن، مکانیزم عبور الکترون ها و دو کاتالیزور به گونه ای بود که بیشترین بازده ممکن از نور حاصل شود.

تیم به موفقیت رسید. استنلی گفت: در 36 درصد، بازده انرژی ما از نور به طرز چشمگیری بالاست، ما موفق شدیم تا یک سوم فوتون ها را به انرژی شیمیایی تبدیل کنیم، سیستم های قبلی اغلب در بهترین حالت به هر دهم فوتون می رسیدند. این نتیجه این امید را ایجاد می کند که تحقق فنی می تواند فرآیندهای شیمیایی صنعتی را پایدارتر کند.

در یک پروژه جداگانه، محققان در حال کار بر روی ماده دیگری هستند که از انرژی نور خورشید استفاده می کند - اما در این مورد آن را به عنوان انرژی الکتریکی ذخیره می کند و فیشر گفت: یکی از کاربردهای احتمالی آینده می‌تواند باتری‌هایی باشد که با نور خورشید و بدون انحراف از پریز دیواری شارژ می‌شوند.

محققان در هنگام ساخت این انباشته‌کننده‌های عکس، از اجزایی مشابه اجزای موجود در نانوآنزیم استفاده کردند، در اینجا نیز خود ماده فوتون های نور فرودی را جذب می کند.

اما به جای اینکه آنها به عنوان یک کاتالیزور برای یک واکنش شیمیایی عمل کنند، گیرنده انرژی آنقدر محکم در ساختار ادغام شده است که در این حالت باقی می ماند و ذخیره الکترون ها را در مدت زمان طولانی تری ممکن می سازد، محققان امکان سنجی این سیستم را در آزمایشگاه نشان داده اند.

دکتر جولین وارنان، رهبر گروه فتوکاتالیزور، خلاصه کرد: دو راه برای استفاده مستقیم از انرژی خورشیدی وجود دارد و یا انرژی الکتریکی را از آن برداشت می کنیم یا از انرژی برای انجام واکنش های شیمیایی استفاده می کنیم و این دو سیستم، هر دو بر اساس یک اصل، نشان می‌دهند که ما از نظر تجربی موفق بوده‌ایم.

با بازده انرژی 36 درصد، این تیم مطمئناً چیز هیجان انگیزی را دنبال می کند. در حال حاضر موفقیت تجربی اثبات مفهوم و در عین حال راه طولانی تا مقیاس تجاری است، سوالی که پاسخ خوبی را می طلبد، منطقه نور خورشید مورد نیاز برای انجام مقدار معینی از تولید گاز سنتز است.

مردم معمولاً حجم زیاد محصولات مورد نیاز و نیاز بسیار زیاد برای جایگزینی تولید فعلی را در نظر نمی گیرند.

در حال حاضر مسیر مستقیمی که این فناوری ارائه می دهد بسیار بهتر از پنل های خورشیدی و تلاش برای تامین انرژی یک سیستم با انرژی الکتریکی خورشیدی یا باد است.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.