کشف راهی تازه برای تبدیل نور خورشید به سوخت

بنابر گزارش وبسایت «ساینس دیلی»؛ یک تیم پژوهشی از دانشگاه بازل سوئیس، مولکولی جدید بر اساس فتوسنتز گیاهی ساخته است که می‌تواند تحت تأثیر نور، دو بار مثبت و دو بار منفی را هم‌زمان ذخیره کند. هدف این پژوهش تبدیل نور خورشید به سوخت‌های کربن‌خنثی است.

الگوبرداری از فتوسنتز طبیعی

گیاهان با استفاده از انرژی خورشید، دی‌اکسیدکربن را به مولکول‌های قند سرشار از انرژی تبدیل می‌کنند. این فرآیند که فتوسنتز نام دارد، پایه اصلی تقریبا تمام حیات روی کره زمین است. حیوانات و انسان‌ها می‌توانند کربوهیدرات‌های تولید شده به این روش را دوباره «بسوزانند» و از انرژی ذخیره شده در آنها استفاده کنند. این فرآیند دوباره دی‌اکسید کربن تولید می‌کند و چرخه کربن را کامل می‌کند.

 پژوهشگران با الهام از فتوسنتز طبیعی و استفاده از نور خورشید، در تلاش‌اند سوخت‌های خورشیدی مانند هیدروژن، متانول و بنزین مصنوعی تولید کنند که در صورت سوختن، تنها به اندازه تولیدشان دی‌اکسیدکربن آزاد می‌کنند؛ در نتیجه کربن‌خنثی خواهند بود.

مولکولی با ساختاری ویژه

این یافته در مجله علمی «نیچر کمیستری» (Nature Chemistry) منتشر شده است. پروفسور «اُلیور ونگر» (Oliver Wenger) و دانشجوی دکتری او، «ماتیاس برندلین» (Mathis Brändlin)، از ساخت مولکولی خبر داده‌اند که می‌تواند تحت تابش نور، هم‌زمان چهار بار الکتریکی را ذخیره کند؛ دو بار مثبت و دو بار منفی. ذخیره‌سازی این بار‌ها برای تبدیل نور خورشید به انرژی شیمیایی و انجام واکنش‌هایی مانند تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن ضروری است.

اجزای مولکول

این مولکول از پنج بخش به‌هم‌پیوسته تشکیل شده است که هرکدام وظیفه‌ای مشخص دارند. در یک سمت مولکول، دو بخش وجود دارد که الکترون آزاد کرده در نتیجه بار مثبت پیدا می‌کنند. دو بخش در سمت دیگر، الکترون‌ها را جذب می‌کنند که باعث می‌شود بار منفی پیدا کنند. در مرکز مولکول نیز بخشی قرار دارد که نور خورشید را جذب کرده و واکنش انتقال الکترون را آغاز می‌کند.

دو مرحله با استفاده از نور

برای تولید چهار بار الکتریکی، پژوهشگران از دو پالس نوری استفاده کردند. پالس اول با برخورد به مولکول یک بار مثبت و یک بار منفی ایجاد کرده و این بار‌ها سمت دو انتهاى مولکول حرکت می‌کنند. پالس دوم همان واکنش را تکرار می‌کند؛ بنابراین در نهایت، مولکول دارای دو بار مثبت و دو بار منفی می‌شود.

کارکرد در نور کم

به گفته برندلین، این روش مرحله‌ای باعث می‌شود مولکول حتی در نور کم نیز عمل کند. این موضوع آن را به شدت به شرایط واقعی نور خورشید نزدیک می‌کند، در حالی که در پژوهش‌های پیشین به نور لیزر بسیار قوی نیاز بود. همچنین بار‌های ایجادشده به اندازه کافی پایدار هستند تا در واکنش‌های شیمیایی بعدی به کار روند.

تحول در فناوری‌های انرژی پاک با کشف کریستال جدیدی که نفس می‌کشد

گامی در مسیر آینده انرژی پایدار

با وجود این، مولکول جدید هنوز یک سیستم کارآمد فتوسنتز مصنوعی ایجاد نکرده است. پروفسور ونگر تاکید می‌کند این پژوهش تنها بخشی از پازل است. یافته‌های جدید این پژوهش به بهبود درک ما از انتقال الکترون‌ها که برای فتوسنتز مصنوعی اساسی هستند، کمک می‌کند. او ابراز امیدواری می‌کند این پژوهش چشم‌انداز‌های تازه‌ای برای آینده‌ای مبتنی بر انرژی پایدار فراهم کند.

سوخت‌های کربن خنثی

«سوخت کربن خنثی» نوعی سوخت است که هنگام سوختن یا استفاده، به انتشار خالص دی اکسید کربن در جو کمک نمی‌کند. این سوخت‌ها از روش‌ها و فناوری‌های پایداری استفاده می‌کنند که انتشار کربن را در طول چرخه عمر خود به حداقل می‌رسانند یا خنثی می‌کنند.

سوخت‌های کربن‌خنثی را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:

زیست‌سوخت‌ها از مواد آلی مانند گیاهان تولید می‌شوند که کربن خود را از دی‌اکسیدکربن جو از طریق فتوسنتز جذب می‌کنند. سوخت‌های مصنوعی که با هیدروژنه کردن شیمیایی دی‌اکسید کربن ساخته می‌شوند و در نهایت سوخت‌های غیرکربنی مانند هیدروژن سبز و آمونیاک که هنگام احتراق هیچ کربنی منتشر نمی‌کنند.