تولید سوخت هیدروژن یک گام دیگر به تجاری سازی نزدیک شد

دستگاه فتوسنتز مصنوعی جدید، میزان برداشت نور خورشید برای جداسازی آب شیرین یا شور را به دو برابر افزایش داده و آن را برای تولید هیدروژن مورد استفاده قرار می‌دهد که می تواند در سلول های سوختی مورد استفاده قرار گیرد. هیدروژن سوختی با میزان آلایندگی صفر محسوب می‌شود که تنها خروجی آن آب است و می‌تواند به عنوان آب آشامیدنی هم مورد استفاده قرار گیرد. سوخت هیدروژن می‌تواند به‌عنوان سلول الکتروشیمیایی یا موتور احتراقی داخلی برای تامین انرژی خودرو یا دستگاه‌های الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد.

اما تولید سوخت هیدروژن همیشه سازگار با محیط زیست نیست. روش‌های متعارف برای تولید هیدروژن از گاز طبیعی یا برق استفاده می‌کنند. اما دستگاه فتوسنتز مصنوعی که توسط تیمی از پژوهشگران دانشگاه میشیگان و دانشگاه مک‌گیل در مونترال ساخته شده است، قادر به تولید سوخت هیدروژن با دو برابر بازدهی بیش‌تر نسبت به فناوری‌های دیگر است.

زیتان مای، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه میشیگان و پژوهشگر ارشد این پژوهش جدید، گفت:

اگر ما بتوانیم به‌طور مستقیم انرژی خورشیدی را به‌عنوان سوخت شیمیایی ذخیره کنیم، یعنی همان کاری که فتوسنتز طبیعی انجام می‌دهد، می‌توانیم، یک چالش اساسی را از پیش روی انرژی‌های تجدیدپذیر برداریم.

فکرول آلام چودری، دانشجوی دکترای مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه مک‌گیل، گفت که مشکل سلول‌های خورشیدی این است که نمی‌توانند برق را بدون باتری ذخیره کنند. علاوه بر این، سلول‌های خورشیدی هزینه‌ی بالای و دوام کمی دارند. اما دستگاه فتوسنتز مصنوعی که ساخته‌ایم، از همان موادی که در ساخت سلول‌های خورشیدی و سایر وسایل الکترونیکی از جمله سیلیکون و نیترید گالیم (اغلب در LEDها به کار می‌رود) استفاده می‌شود بهره برده‌ایم. با طراحی صنعتی دستگاه فتوسنتز مصنوعی که فقط با نور خورشید و آب شور کار کند، راه برای تولید سوخت هیدروژنی در مقیاس‌ بزرگ همواره می‌شود.

دستگاه‌های جداساز خورشیدی قبلی، در آب‌های شیرین یا شور، کمی بیش از ۱ درصد بازدهی داشتند. همچنین روش‌های دیگر، از مواد پر هزینه، ناکارآمد یا ناپایدار مانند دی‌اکسید تیتانیوم بهره می‌برند که ممکن است در آن نیاز به اضافه کردن محلول‌های اسیدی برای افزایش بازدهی وجود داشته باشد. اما مای و همکارانش، توانستند با استفاده از دستگاه فتوسنتز مصنوعی جدید خود به بازدهی ۳ درصد دست پیدا کنند. مای گفت:

با وجودی که ممکن است، بازدهی ۳ درصدی ناچیز به‌نظر برسد، اما وقتی که ۴۰ سال پژوهش را برای دستیابی به آن در نظر بگیرید، یک دستاورد مهم به حساب می‌آید. فتوسنتز طبیعی، دارای بازدهی ۰٫۶ درصدی است.

او اضافه کرد که بازدهی ۵ درصدی، در واقع، می‌تواند، سطحی باشد که این دستگاه می‌تواند به‌تولید انبوه تجاری برسد. اما مای و همکارانش اهداف بلندپروازانه‌ای را هم در نظر دارند، آن‌ها تلاش می‌کنند که به بازدهی ۲۰ تا ۳۰ درصدی دست پیدا کنند.