برگ مصنوعی؛راهکار محققان برای تبدیل دی اکسید کربن به سوخت با نور خورشید

محققان و سیاست گذاران سراسر جهان در تلاش برای مبارزه با گستره فزاینده تغییر آب و هوا، محور توجه خود را روی دی اکسید کربن متمرکز کرده اند.
دی اکسید کربن حاصل از سوختن سوخت های فسیلی در نیروگاه ها و موتورهای خودرو، در اتمسفر جمع شده و موجب گرم شدن هوای سیاره زمین می شود. اما درختان و سایر گیاهان به آهستگی دی اکسید کربن را از اتمسفر می گیرند و آن را به قند تبدیل می کنند که موجب ذخیره انرژی می شود.
محققان آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی آمریکا و محققان دانشگاه ایلینویز در شیکاگو، روش مشابه ای را برای تبدیل دی اکسید کربن به یک منبع انرژی قابل استفاده با کمک نور خورشید کشف کرده اند.
لری کورتیس نویسنده ارشد این مطالعه گفت: یکی از چالش های اصلی برای جدا کردن دی اکسید کربن این است که دی اکسید کربن از لحاظ شیمیایی نسبتا غیر واکنشی است و تبدیل آن نیز به خودی خود بسیار دشوار است.
بنابراین محققان برای تبدیل دی اکسید کربن به یک سوخت قابل استفاده به یک کاتالیزور نیاز داشتند، ترکیبی خاص که راحت تر از دی اکسید کربن واکنش نشان دهد.
گیاهان برای تبدیل دی اکسید کربن هوا به قند از یک کاتالیزور ارگانیگ به نام آنزیم استفاده می کنند، اما محققان از یک ترکیب فلزی به نام دی سلنید تنگستن استفاده کردند و به منظور افزایش منطقه سطحی، این ترکیب فلزی را در قطعاتی به اندازه نانو ساختند.
گرچه گیاهان از کاتالیزور های خود برای ساخت قند استفاده می کنند، اما محققان از کاتالیزورهای خود برای تبدیل دی اکسید کربن به منواکسید کربن استفاده کردند.
از سوی دیگر، با وجود این که منواکسید کربن نیز یک گاز گلخانه ای محسوب می شود ، اما بسیار فعال تر از دی اکسید کربن است و محققان روش هایی برای تبدیل آن به سوخت های قابل استفاده مانند متانول در اختیار دارند.
پیتر زاپل از محققان این مطالعه گفت: تولید سوخت از منواکسید کربن به معنی حرکت در سراشیبی است، اما تلاش برای تولید منواکسید کربن بطور مستقیم از دی اکسید کربن به معنی سر بالایی رفتن است.
محققان خاطر نشان کردند: اگر چه واکنش تبدیل دی اکسید کربن به مونواکسید کربن متفاوت از تمامی واکنش ها در طبیعت است اما این واکنش نیز به همان ورودی های اساسی نیاز دارد که در فتوسنتز استفاده می شود. در فتوسنتز، درختان برای تولید سوخت خود به انرژی نور، آب و دی اکسید کربن نیاز دارند و در آزمایش ما، مواد تشکیل دهنده مشابه اما محصول متفاوت است.
فرآیند راه اندازی این واکنش بسیار مشابه طبیعت است و در نتیجه، محققان توانستند 'برگ مصنوعی' بسازند که می تواند تمام سه مرحله مسیر واکنش را کامل کند.
در مرحله اول، فوتون های دریافتی -- بسته های نور -- به جفت های الکترون با بار منفی و 'سوراخ' های مرتبط با بار مثبت تبدیل می شوند که سپس از هم جدا می شوند.
در مرحله دوم، این سوراخ ها با مولکول های آب واکنش نشان می دهند و پروتون ها و مولکول های اکسیژن را می سازند.
و در نهایت، پروتون ها، الکترون ها و دی اکسید کربن همه با هم واکنش نشان می دهند و به مونوکسید کربن و آب تبدیل می شوند.
به گفته محققان، کاتالیزور دی سلنید تنگستن بسیار با دوام است و بیش از 100 ساعت دوام دارد.
این مطالعه در نشریه Science منتشر شده است.

۵۴۵۴