سوخت از CO2؟ دانشمندان دی‌اکسید کربن را با ترفندی جدید به متانول تبدیل می‌کنند
پژوهشگران در مرکز رویکردهای ترکیبی در انرژی خورشیدی به سوخت‌های مایع (CHASE) در ایالات متحده کشف کرده‌اند که استفاده از داربست‌های سیلیکونی سه‌بعدی روی فوتوالکترودها، بازده محصولاتی که با استفاده از نور خورشید دی‌اکسید کربن را به سوخت تبدیل می‌کنند، بهبود می‌بخشد.
CHASE یک کنسرسیوم است که توسط وزارت انرژی تأسیس شده و از محققین برخی از دانشگاه‌های برتر ایالات متحده، از جمله پرینستون و ییل، بهره‌مند است.
به دلیل تلاش برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، منابع انرژی تجدیدپذیری همچون باد و خورشید در بسیاری از نقاط جهان به تأمین نیازهای برق کمک کرده‌اند. با این حال، صنایع سنگین و کاربردهایی مانند حمل و نقل طولانی مدت نمی‌توانند با انرژی حاصل از بسته‌های باتری کار کنند و نیاز به یک سوخت با چگالی انرژی بالا دارند که بتواند جایگزین گازوئیل و بنزین شود.
مشابه برگ‌ها که دی‌اکسید کربن (CO2) و آب را به مواد غذایی تبدیل می‌کنند، دانشمندان علاقه‌مند به توسعه روشی برای تولید انرژی با استفاده از یک منبع نور فراوان هستند.
انجام این کار با گازی مانند CO2 دو برابر مزیت دارد چون هم غلظت گاز گلخانه‌ای در جو کاهش می‌یابد و هم منبع انرژی قابل اعتمادی مثل متانول فراهم می‌کند. دانشمندان این سوخت‌ها را سوخت‌های مایع خورشیدی می‌نامند.
سوخت‌های مایع خورشیدی چگونه ساخته می‌شوند؟
تا به امروز، دانشمندان با استفاده از فوتوالکترودهای سیلیکونی توانسته‌اند به تولید سوخت‌های مایع خورشیدی دست یابند. این فرآیند با استفاده از کاتالیزورهایی که روی سطح سیلیکون قرار می‌گیرند و نور را جذب می‌کنند و واکنش شیمیایی لازم را آغاز می‌کنند، انجام می‌شود.
در حضور آب، CO2 می‌تواند به متانول یا حتی مونوکسید کربن (CO) تبدیل شود که به عنوان یک مولکول آغازگر برای سنتز طیف گسترده‌ای از محصولات مفید عمل می‌کند.
در حالی که دانشمندان دهه‌هاست از سیلیکون با سطح بالا اطلاع دارند، این ماده هرگز در فوتوالکترودها برای تولید سوخت‌های مایع خورشیدی استفاده نشده است. تیم تحقیقاتی CHASE برای اولین بار این موضوع را امتحان کردند و نتایج امیدوارکننده‌ای به دست آوردند.
دانشمندان CHASE چه کردند؟
تیم CHASE فوتوالکترودها را با استفاده از مواد سیلیکونی با سطح بالا ساختند. این به آن‌ها اجازه داد تا کاتالیزورها را در سطح مولکولی مطالعه کنند و نقش آن‌ها را در انجام واکنش‌های شیمیایی بهتر درک کنند.
در یک تنظیماتی که در آن کبالت به عنوان کاتالیزور استفاده شده و روی سیلیکون با فرمت سه‌بعدی به شکل میکروپیلارها قرار داده شده بود، پژوهشگران مشاهده کردند که متانول با چگالی جریان بالاتری تولید می‌شود، که به تولید فوتوالکترودهای پیشرفتهای که می‌تواند در آینده برای تولید سوخت‌های مایع استفاده شود، منجر شد.
در روش دیگر، کاتالیزور از کبالت به رنم تغییر داده شد پس از ادغام با سیلیکون نانوپورس. فوتوالکترود ترکیبی بدین صورت تولید شده دوام و انتخاب‌پذیری بیشتری نشان داد چرا که CO را به متانول کاهش می‌داد، که هنگام مقیاس‌دهی و تجاری‌سازی فناوری یک ملاحظه مهم است.
آزمایش‌ها نشان داد که استفاده از سیلیکون سطح بالا در ساخت فوتوالکترودها مزایایی دارد. با پیشرفتهای بیشتر فناوری، روزی دور نخواهد بود که ما بتوانیم یک چرخه بسته از استفاده و تولید سوخت با استفاده از CO2، آب و نور خورشید ایجاد کنیم.
این گام بزرگی به سمت یک سیاره پایدار است.
