برگ مصنوعي يا تبديل دي اكسيد كربن به سوخت با استفاده از نور خورشيد

به گزارش روز يكشنبه گروه علمي ايرنا از پايگاه اينترنتي ساينس ديلي، محققان و سياست گذاران سراسر جهان در تلاش براي مبارزه با گستره فزاينده تغيير آب و هوا، محور توجه خود را روي دي اكسيد كربن متمركز كرده اند.
دي اكسيد كربن حاصل از سوختن سوخت هاي فسيلي در نيروگاه ها و موتورهاي خودرو، در اتمسفر جمع شده و موجب گرم شدن هواي سياره زمين مي شود. اما درختان و ساير گياهان به آهستگي دي اكسيد كربن را از اتمسفر مي گيرند و آن را به قند تبديل مي كنند كه موجب ذخيره انرژي مي شود.
محققان آزمايشگاه ملي آرگون وزارت انرژي آمريكا و محققان دانشگاه ايلينويز در شيكاگو، روش مشابه اي را براي تبديل دي اكسيد كربن به يك منبع انرژي قابل استفاده با كمك نور خورشيد كشف كرده اند.
لري كورتيس نويسنده ارشد اين مطالعه گفت: يكي از چالش هاي اصلي براي جدا كردن دي اكسيد كربن اين است كه دي اكسيد كربن از لحاظ شيميايي نسبتا غير واكنشي است و تبديل آن نيز به خودي خود بسيار دشوار است.
بنابراين محققان براي تبديل دي اكسيد كربن به يك سوخت قابل استفاده به يك كاتاليزور نياز داشتند، تركيبي خاص كه راحت تر از دي اكسيد كربن واكنش نشان دهد.
گياهان براي تبديل دي اكسيد كربن هوا به قند از يك كاتاليزور ارگانيگ به نام آنزيم استفاده مي كنند، اما محققان از يك تركيب فلزي به نام دي سلنيد تنگستن استفاده كردند و به منظور افزايش منطقه سطحي، اين تركيب فلزي را در قطعاتي به اندازه نانو ساختند.
گرچه گياهان از كاتاليزور هاي خود براي ساخت قند استفاده مي كنند، اما محققان از كاتاليزورهاي خود براي تبديل دي اكسيد كربن به منواكسيد كربن استفاده كردند.
از سوي ديگر، با وجود اين كه منواكسيد كربن نيز يك گاز گلخانه اي محسوب مي شود ، اما بسيار فعال تر از دي اكسيد كربن است و محققان روش هايي براي تبديل آن به سوخت هاي قابل استفاده مانند متانول در اختيار دارند.
پيتر زاپل از محققان اين مطالعه گفت: توليد سوخت از منواكسيد كربن به معني حركت در سراشيبي است، اما تلاش براي توليد منواكسيد كربن بطور مستقيم از دي اكسيد كربن به معني سر بالايي رفتن است.
محققان خاطر نشان كردند: اگر چه واكنش تبديل دي اكسيد كربن به مونواكسيد كربن متفاوت از تمامي واكنش ها در طبيعت است اما اين واكنش نيز به همان ورودي هاي اساسي نياز دارد كه در فتوسنتز استفاده مي شود. در فتوسنتز، درختان براي توليد سوخت خود به انرژي نور، آب و دي اكسيد كربن نياز دارند و در آزمايش ما، مواد تشكيل دهنده مشابه اما محصول متفاوت است.
فرآيند راه اندازي اين واكنش بسيار مشابه طبيعت است و در نتيجه، محققان توانستند 'برگ مصنوعي' بسازند كه مي تواند تمام سه مرحله مسير واكنش را كامل كند.
در مرحله اول، فوتون هاي دريافتي -- بسته هاي نور -- به جفت هاي الكترون با بار منفي و 'سوراخ' هاي مرتبط با بار مثبت تبديل مي شوند كه سپس از هم جدا مي شوند.
در مرحله دوم، اين سوراخ ها با مولكول هاي آب واكنش نشان مي دهند و پروتون ها و مولكول هاي اكسيژن را مي سازند.
و در نهايت، پروتون ها، الكترون ها و دي اكسيد كربن همه با هم واكنش نشان مي دهند و به مونوكسيد كربن و آب تبديل مي شوند.
به گفته محققان، كاتاليزور دي سلنيد تنگستن بسيار با دوام است و بيش از 100 ساعت دوام دارد.
اين مطالعه در نشريه Science منتشر شده است.
علمي**2038**2017