فهرست مطالب
دانشمندان چینی روشی پیشرفته و جدید ارائه دادند که در آن دی‌اکسید کربن و آب با تکیه بر انرژی خورشیدی به مواد شیمیایی با ارزش افزوده بالا (از جمله اجزای پایه سوخت بنزین) تبدیل می‌شوند.
به گزارش سرویس فناوری تکناک، این رویکرد از فرایند طبیعی فتوسنتز الهام گرفته است، همان سازوکاری که گیاهان برای تبدیل نور خورشید، آب و دی‌اکسید کربن به انرژی به‌کار می‌گیرند و اکنون دانشمندان در پی آن هستند تا مسیری پایدارتر و کم‌کربن‌تر برای تولید سوخت‌های مایع فراهم کنند.
پژوهشگران وابسته به آکادمی علوم چین و دانشگاه علم و فناوری هنگ‌کنگ با ساخت ماده‌ای مهندسی‌شده که توانایی ذخیره مقادیر اندک انرژی الکتریکی را دارد، موفق شده‌اند بازده واکنش‌های شیمیایی موردنیاز برای تبدیل CO₂ به ترکیبات کاربردی را به طور محسوسی افزایش دهند؛ دستاوردی که می‌تواند چشم‌انداز تولید سوخت‌های مصنوعی را دگرگون کند.
حتما بخوانید: افزایش فتوسنتز جهانی با سبزتر شدن زمین و از بین رفت اقیانوس ها همراه بود!
ساخت سوخت مصنوعی
پژوهشگران با یکپارچه‌سازی این سامانه با کاتالیزورهای هدفمند تبدیل دی‌اکسید کربن، به تولید خورشیدی مونوکسید کربن دست یافته‌اند؛ ترکیب کلیدی که می‌تواند در مراحل بعدی به انواع سوخت مصنوعی تبدیل شود و راهکاری بالقوه برای بخش‌هایی نظیر صنعت هوانوردی و حمل‌ونقل دریایی فراهم کند که الکتریکی‌سازی آنها پیچیده و پرهزینه است. این تیم در مقاله‌ای که هفته گذشته در نشریه Nature Communications منتشر شد، تاکید کرده است که رویکرد پیشنهادی آنها یک راهبرد ذخیره بار الکتریکی الهام‌گرفته از سامانه‌های زیستی را برای کاهش نوری کارآمد دی‌اکسید کربن تثبیت می‌کند.
بر اساس گزارش ساوت چاینا مورنینگ پست، این روش می‌تواند به عنوان یک مسیر عمومی برای تولید سوخت‌های خورشیدی عمل کند و حلقه مفقوده میان انرژی‌های تجدیدپذیر و کاربردهای صنعتی پرمصرف را تکمیل نماید.
بیشتر بخوانید: نخستین آب‌شیرین‌کن زیرآبی جهان در نروژ ساخته می شود
به گفته پژوهشگران، توجه جهانی به تبدیل دی‌اکسید کربن یا فتوکاتالیز به طور چشمگیری در حال افزایش است؛ رویکردی که هم‌زمان پتانسیل کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و کاستن از وابستگی به منابع طبیعی محدود را دارد. در این میان، تولید سوخت‌های خورشیدی جایگاه ویژه‌ای یافته است؛ سوخت‌های مصنوعی که با بهره‌گیری از نور خورشید تولید می‌شوند، شباهت عملکردی بالایی به سوخت‌های فسیلی متداول دارند و بدون نیاز به تغییرات اساسی با زیرساخت‌های فعلی سوخت سازگار هستند. در این چارچوب، دی‌اکسید کربن ابتدا به مواد واسطی مانند مونوکسید کربن تبدیل می‌شود و سپس از طریق فرایندهای تکمیلی به هیدروکربن‌های مایع تبدیل می‌گردد؛ مسیری فناورانه که چشم‌انداز تولید سوخت‌های پایدار را بدون بازطراحی بنیادین سامانه‌های انرژی کنونی، پیش‌روی صنعت قرار می‌دهد.
چگونگی تبدیل دی‌اکسید کربن و آب به بنزین؟
جایگزینی عوامل مختلف با آب در فرایند تولید سوخت مصنوعی، ایدئال‌ترین گزینه محسوب می‌شود؛ هرچند تحقق آن مستلزم یکپارچه‌سازی چندین واکنش شیمیایی پیچیده از جمله اکسیداسیون آب و کاهش دی‌اکسید کربن است. طبیعت این چالش را با بازدهی خیره‌کننده حل می‌کند و از مولکولی بهره می‌گیرد که الکترون‌های برانگیخته‌شده توسط نور را به طور موقت ذخیره می‌کند تا انتقال انرژی به صورت کارآمد انجام شود. پژوهشگران با الهام از این راهبرد زیستی، سازوکار مشابهی را برای ذخیره بار الکتریکی در یک سامانه فتوسنتز مصنوعی به‌کار گرفته‌اند؛ رویکردی که با هدف تقلید از کارایی گیاهان در هدایت واکنش‌های شیمیایی مبتنی بر انرژی خورشیدی توسعه یافته است.
برای مطالعه بیشتر: تبدیل روغن سوخته پخت‌وپز به پلاستیک‌های قابل بازیافت با استحکام خارق‌العاده
در همین چارچوب، این تیم ماده‌ای مهندسی‌شده از تری‌اکسید تنگستن اصلاح‌شده با نقره طراحی کرده است که توانایی ذخیره الکترون‌ها در هنگام تابش نور و آزادسازی کنترل‌شده آنها را دارد. به گزارش پژوهشگران، این ماده، عملکردی هم‌تراز با سامانه‌های متکی بر عوامل فداشونده آلی از خود نشان می‌دهد و در ترکیب با مجموعه‌ای گسترده از کاتالیزورها، از «کاربردپذیری فراگیر» برخوردار است. آزمایش‌های انجام‌شده زیر نور خورشید نشان می‌دهد که نور طبیعی به‌تنهایی قادر به آغاز واکنش‌ها است؛ نتیجه‌ای که افق‌های تازه‌ای برای توسعه کاربردهای سوخت مصنوعی می‌گشاید. پژوهشگران تاکید کردند که این رویکرد نه‌تنها وابستگی به عوامل فداشونده ناپایدار را حذف می‌کند، بلکه یک اصل طراحی چندمنظوره برای ساخت سامانه‌های فتوکاتالیستی مستقل، کارآمد و مقیاس‌پذیر ارائه می‌دهد.
