روشي اقتصادي براي توليد هيدروژن با كمك آب و نورخورشيد
چندين سال است كه دانشمندان بهدنبال يافتن روشي مؤثر براي استخراج هيدروژن از مولكولهاي آب هستند تا بتوانند ظرفيتهاي بالقوهي هيدروژن را بهعنوان سوخت پاك آينده به عرصهي ظهور برسانند. حال دستگاهي جديد طراحي شده است كه ميتواند تنها با كمك نورخورشيد اين رؤياي ديرين بشر را تحقق بخشد. اين اختراع جالب با تركيب الكترودهاي كاتاليزوري و سلولهاي خورشيدي پروسكايتي توانسته روشي مؤثر براي تبديل انرژي خورشيدي به هيدروژن با بازدهي ۶/۷ درصدي ارائه كند. بهگفتهي طراحان، دستگاه با قرارگرفتن درون آب شروع به كار ميكند و تا زمان غروب آفتاب به كار خود ادامه خواهد داد.
هنوز بسيار زود است كه به فكر جايگزيني تمامي خودروهاي بنزيني خود با انواع مبتنيبر پيلهاي سوختي هيدروژني باشيم؛ ولي پژوهشگران ابراز اميدواري كردهاند بتوان در مدت كوتاهي فناوري تازه را در مقياسهاي بزرگتر و متخصصدهايي وسيعتر بهكار گرفت.
نمايي از سطح مقطع كاتاليزور دستگاه
جان لو، دانشمند علم مواد ميگويد:
اين طرح بسيار شبيه به مفهوم برگ مصنوعي است. ما ماژول مجتمعي دراختيار داريم كه نورخورشيد را به انرژي برق موردنياز براي انجام واكنش الكتروشيميايي تبديل ميكند. اين دستگاه از آب و نورخورشيد براي توليد سوخت شيميايي بهره ميبرد.
فناوري سلولهاي خورشيدي پروسكايتي يكي از فناوريهاي نوظهور در صنعت انرژي خورشيدي است كه گفته ميشود درصورت تسلط بر آن، ميتوان انرژي خورشيدي را با ميزان بازدهي بيشتري از سلولهاي سيليكوني فعلي به برق تبديل كرد. در دستگاه جديد، از سلولهاي پروسكايتي براي تأمين انرژي كاتاليزور الكتروشيميايي استفاده شده است و اين كاتاليزور بهنوبهي خود مولكولهاي آب را به مولكولهاي اكسيژن و هيدروژن تجزيه ميكند.
نكتهي جالب دربارهي اين فناوري آن است كه هزينهي ساخت چنين دستگاهي چندان هنگفت نخواهد بود. كليد اصلي اين فناوري در شيوهي كپسولهسازي استفادهشده در آن است؛ يعني روشي كه دانشمندان براي افزودن لايهي پليمري به سلول پروسكايت و درنتيجه، محافظت از آن دربرابر نفوذ آب بهكار گرفتهاند. پليمر يادشده علاوهبر محافظت از سلول خورشيدي، امكان عبور نورخورشيد را به درون سلول نيز فراهم و بهعنوان عايقي ميان سلول و الكترود نيز عمل ميكند. با بهبود فناوري در بخش كپسولسازي و افزايش بازدهي سلول خورشيدي، ميتوان انتظار داشت اين دستگاه بهعنوان منبع پايداري از انرژي مطرح شود. لو ميگويد:
با طراحي سيستمي هوشمند بهصورت بالقوه ميتوانيد حلقهي خودپايدار ايجاد كنيد. حتي در زمانهايي كه نورخورشيد دردسترس نباشد، ميتوانيد انرژي را بهشكل سوخت شيميايي ذخيره كنيد. ميتوانيد هيدروژن و اكسيژن توليدشده را در مخازني جداگانه نگهداري كنيد و با كمك ماژولي نظير پيل سوختي اين سوخت را دوباره به برق تبديل كنيد.
فناوري يادشده هنوز در ابتداي راه خود قرار گرفته است و هنوز جاي كار فراواني براي توسعهي آن وجود دارد؛ بااينحال، دستگاه جديد برخي از اشكالات موجود در طراحيهاي قبلي را از ميان برداشته است. براي مثال، ضدآبشدن سلولهاي پروسكايتي بدانمعنا است كه ميتوان اين سلولها را بهطورمستقيم درون آب قرار داد و اين دستاورد سرعت فرايند تبديل را بسيار افزايش خواهد داد. همچنين، تيم پژوهشي برخلاف رويهي سالهاي گذشته، ذخيرهسازي جداگانهي هر دو گاز هيدروژن و اكسيژن را مدانديشه متخصصين قرار داده است.
درحالحاضر، دانشمندان مشغول آزمايش انواع مختلفي از مواد دركنار پروسكايتها هستند تا بتوانند بهرهوري ميزان توليد الكتريسيته از نورخورشيد را افزايش دهند. يكي از اشكالات استفاده از سلولهاي خورشيدي پروسكايتي، هزينهي گران توليد آنها است؛ ولي در مطالعهي اخير، از انواع ارزانارزشي از اين سلولها (كربن بهجاي پلاتينيوم) استفاده شد. لو معتقد است:
اين موضوع ميتواند موانع پيش رو براي ورود محصول به فاز تجاري را كمرنگتر كند. تجهيزات مجتمعي مانند اين دستگاه ميتواند بسيار اميدبخش باشند؛ چراكه ميتوانند سيستمهايي پايدار را خلق كنند.
پزوهش اخير ۲۹ آوريل سال جاري در ژورنال ACS Nano منتشر شده است.
هم انديشي ها