تیمی از محققان موفق به ساخت برگ مصنوعی پیشرفتهای شدهاند که میتواند تنها با استفاده از نور خورشید، دیاکسید کربن را به سوختهای مایع و سایر مواد شیمیایی ارزشمند تبدیل کند.
به گزارش تکناک، این پروژه توسط دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (Berkeley Lab) وابسته به وزارت انرژی ایالات متحده و گروهی از محققان بینالمللی انجام شده و یک گام علمی بلند به سوی تقلید از کارایی فوقالعاده فتوسنتز طبیعی، با هدف کاربردهای صنعتی برداشته است.
محققان با ترکیب خاصیت کاتالیزوری مس و استفاده از پروسکایت – مادهای معدنی که به طور گسترده در سلولهای خورشیدی به کار میرود – سیستمی خودکفا ساختهاند، که نور خورشید را جذب و دیاکسید کربن را به مولکولهای کربن-کربن (C2) تبدیل میکند. این مولکولهای C2 به عنوان بلوکهای سازنده برای صنایعی مانند: تولید سوخت و پلاستیک اهمیت زیادی دارند.
این پروژه بخشی از ائتلاف نور مایع (LiSA) است؛ ابتکاری که با تأمین مالی وزارت انرژی ایالات متحده و به رهبری مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) در همکاری با آزمایشگاه برکلی و بیش از ۱۰۰ دانشمند از مراکز پژوهشی معتبر دیگر دنبال میشود. هدف این ائتلاف توسعه فناوریهایی برای تبدیل نور خورشید، دیاکسید کربن و آب به سوختهای پاک است.
پیدونگ یانگ، دانشمند ارشد در بخش علوم مواد آزمایشگاه برکلی و استاد دانشگاه کالیفرنیا، برکلی درباره این موفقیت گفت: «طبیعت الهامبخش ما بود. ابتدا روی اجزای مختلف به طور جداگانه کار کردیم و زمانی که همه را کنار هم گذاشتیم و نتیجه موفقیتآمیز شد، لحظه بسیار هیجانانگیزی بود.»
یانگ و تیم او با الگوبرداری از فرایندهای طبیعی برگ گیاهان، دستگاهی به اندازه یک تمبر پستی ساختند، که به جای کلروفیل از جذبکنندههای نور پروسکایت هالید سرب بهره میبرد. این جذبکنندهها به همراه الکتروکاتالیستهای مسی بسیار دقیق طراحیشده – که به شکل گلهای کوچک ساخته شدهاند – واکنشهای شیمیایی مورد نیاز را به انجام میرسانند. این الکتروکاتالیستها با الهام از آنزیمهای طبیعی تنظیمکننده فتوسنتز طراحی شدهاند.
در حالی که برخی تحقیقات پیشین از مواد زیستی برای فتوسنتز مصنوعی بهره میبردند، تیم یانگ تصمیم گرفت از مس به عنوان یک ماده معدنی مقاومتر استفاده کند. این انتخاب سبب دوام و پایداری بیشتر دستگاه شد، که برای توسعه کاربردهای صنعتی در آینده ضروری است.
بخشهای کاتد و آند دستگاه توسط کارشناسان LiSA توسعه داده شد و فرایند یکپارچهسازی اتصالات فلزی در مرکز مولکولی آزمایشگاه برکلی انجام گرفت. آزمایشهای انجامشده با استفاده از شبیهساز خورشیدی نشان داد که این سیستم قادر است با کارایی بالا، دیاکسید کربن را به مولکولهای کربن-کربن (C2) تبدیل کند.
در این فرایند، واکنش اکسیداسیون آلی در محفظه فوتوآند انجام شد و به طور همزمان، تولید مولکولهای C2 در محفظه فوتوکاتد صورت گرفت. این موفقیت در نهایت باعث ساخت معماری برگ مصنوعی شد، که به صورت فشرده در ابعاد یک تمبر پستی، دیاکسید کربن را تنها با استفاده از نور خورشید به مواد اولیه مهم صنعتی تبدیل میکند.
این دستاورد میتواند نقش مؤثری در توسعه فناوریهای انرژی پاک ایفا کند و مسیر استفاده صنعتی از فتوسنتز مصنوعی را هموار سازد.
