پیشرفت در فتوسنتز مصنوعی: هیدروژل‌ها سوخت پاک تولید می‌کنند
پژوهشگران از موسسه پیشرفته علوم و فناوری ژاپن (JAIST) و دانشگاه توکیو نوع جدیدی از هیدروژل را طراحی کرده‌اند.
این هیدروژل فرآیند طبیعی فتوسنتز را تقلید می‌کند. از نور خورشید برای شکستن ملکول‌های آب استفاده کرده و هیدروژن و اکسیژن تولید می‌کند.
«هیدروژل‌ها با مولکول‌های عملکردی مثل کمپلکس‌های روتنیم و نانوذرات پلاتین بسته‌بندی شده‌اند که با هم کار می‌کنند تا فرآیند طبیعی فتوسنتز را شبیه‌سازی کنند،» پژوهشگران در یک بیانیه مطبوعاتی گفتند.
هیدروژن به طور گسترده‌ای به عنوان یک سوخت امیدوارکننده برای آینده در نظر گرفته می‌شود. این سوخت بدون آلودگی می‌سوزد و تنها آب به عنوان محصول جانبی تولید می‌کند. با این حال، روش‌های فعلی تولید هیدروژن اغلب به سوخت‌های فسیلی متکی هستند که ناپایدار هستند.
این پژوهش جدید یک راه‌حل بالقوه ارائه می‌دهد. از منابع به راحتی در دسترس - نور خورشید و آب - برای تولید هیدروژن به صورت دوستدار محیط زیست استفاده می‌کند.
ساختار و عملکرد هیدروژن
«با فعال‌تر کردن فتوسنتز مصنوعی، این مطالعه ما را به آینده‌ای نزدیک می‌کند که در آن هیدروژن تجدیدپذیر می‌تواند صنایع، حمل و نقل و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی را تأمین کند،» پژوهشگران افزودند.
تیم تحقیقاتی به سرپرستی استادیار کاسوکه اوکیوشی در JAIST و پروفسور ریو یوشیدا در دانشگاه توکیو بر طراحی هیدروژل‌ها با ساختار داخلی دقیق تمرکز کردند.
این هیدروژل‌ها شامل شبکه‌های پلیمر که به عنوان چارچوب عمل می‌کنند، هستند. شبکه پلیمر داخل هیدروژل نقش مهمی در تسهیل تبدیل انرژی بازی می‌کند.
«این شبکه‌ها به کنترل انتقال الکترون‌ها که برای شکستن آب به هیدروژن و اکسیژن ضروری است، کمک می‌کنند،» بیانیه مطبوعاتی اعلام کرد.
چالش‌ها در فتوسنتز مصنوعی
این فناوری یک مشکل را که در تلاش‌های قبلی برای ایجاد سیستم‌های فتوسنتز مصنوعی با آن مواجه بوده‌اند، حل می‌کند.
«بزرگترین چالش این بود که چگونه این مولکول‌ها را ترتیب دهیم تا بتوانند الکترون‌ها را به نرمی انتقال دهند،» پروفسور اوکیوشی گفت.
سیستم‌های قدیمی‌تر مشکلاتی با تجمع مولکول‌ها داشتند. وقتی این مولکول‌ها به هم پیوند می‌خورند، نمی‌توانند به درستی عمل کنند. این کار مقدار هیدروژنی که می‌تواند تولید شود، کاهش می‌دهد.
«با استفاده از شبکه پلیمر، توانستیم از پیوستن آن‌ها جلوگیری کنیم که یک مسئله رایج در سیستم‌های فتوسنتز مصنوعی است،» اوکیوشی تأکید کرد.
نویسنده اول، رینا هاگیوارا توضیح داد که سازمان‌دهی مولکول‌ها درون هیدروژل است که باعث کارکرد آن می‌شود.
«با ایجاد یک محیط ساختار یافته، فرآیند تبدیل انرژی بسیار کارآمدتر شده است،» او اظهار کرد.
نتایج امیدبخش
در حالی که نتایج امیدبخش است، پژوهشگران اذعان دارند که نیاز به توسعه بیشتر وجود دارد. مراحل بعدی شامل بزرگ‌کردن تولید این هیدروژل‌ها و اطمینان از پایداری آن‌ها در طولانی مدت است.
تیم همچنین در حال بررسی راه‌هایی برای بیشتر کردن کارایی تبدیل انرژی هیدروژل‌ها است. این ممکن است شامل تنظیم دقیق تر شبکه پلیمر یا ترکیب انواع جدید از مولکول‌های عملکردی باشد.
هدف نهایی آن‌ها ایجاد یک سیستم عملی و مقرون به صرفه برای تولید سوخت هیدروژنی از نور خورشید و آب است.
«ما پتانسیل را نشان داده‌ایم، اما اکنون نیاز داریم تا فناوری را برای استفاده صنعتی اصلاح کنیم،» پروفسور اوکیوشی گفت.
توسعه این هیدروژل‌ها امکان‌های هیجان انگیزی برای آینده انرژی تجدیدپذیر باز می‌کند.
«هیدروژن یک منبع انرژی عالی است زیرا پاک و تجدیدپذیر است. هیدروژل‌های ما راهی برای تولید هیدروژن با استفاده از نور خورشید ارائه می‌دهند که می‌تواند به شکلی پایدار فناوری‌های انرژی را بازتدوین کند،» اوکیوشی نتیجه‌گیری کرد.
