ژاپن: دانشمندان تکنولوژی جدیدی را برای تبدیل نور خورشید و آب به سوخت هیدروژنی توسعه دادند
دانشمندان ژاپنی راه جدیدی برای ترکاندن آب به سوخت هیدروژنی با استفاده از نور خورشید توسعه داده‌اند. با استفاده از یک فوتوکاتالیست خاص، این فناوری جدید می‌تواند به رواج سوخت هیدروژنی ارزان‌تر، فراوان‌تر و پایدار کمک کند.
در حال حاضر، بیشتر هیدروژن آزاد از گوگردهای طبیعی مشتق می‌شود، به این معنا که گزینش‌های سبزتر به معنی حرکت دور از سوخت‌های فسیلی گزینه‌ای نیستند. با این حال، این روش که با انرژی خورشید کار می‌کند و به راحتی ساخته می‌شود، می‌تواند در تبدیل هیدروژن به جایگزینی در آینده نقشی کلیدی داشته باشد.
پروفسور کازوناری دومن از دانشگاه شینشو، نویسنده ارشد مقاله در Frontiers in Science توضیح داد: “ترکاندن آب با استفاده از فوتوکاتالیست‌ها یک فناوری ایده‌ال برای تبدیل و ذخیره انرژی خورشیدی به انرژی شیمیایی است و توسعه‌های اخیر در مواد و سیستم‌های فوتوکاتالیتیک امیدها را برای تحقق آن افزایش داده است.”
“با این حال، بسیاری از چالش‌ها پابرجا هستند،” او افزود.
اصل اساسی فرآیند جدید این است که آب به اکسیژن و هیدروژن تقسیم شود. اگرچه این کار ساده به نظر می‌رسد، ولی انرژی زیادی می‌طلبد و نیاز به کاتالیزور دارد که در این مورد، انواع خاصی به نام فوتوکاتالیست‌ها استفاده می‌شوند.
هیدروژن از آب با استفاده از نور
هنگام قرار گرفتن در معرض نور، این کاتالیزورها واکنش‌های شیمیایی را تسهیل می‌کنند که آب را به اجزای تشکیل‌دهنده‌اش تجزیه می‌کند. این مفهوم جدید نیست، ولی بیشتر روش‌های موجود معروف به “یک‌مرحله‌ای” کارآیی کمی دارند و نرخ تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن آن‌ها ناچیز است.
یک سیستم تحریک دو مرحله‌ای پیچیده‌تر نیز وجود دارد و کارآیی بیشتری دارد. در این سیستم‌ها، یک فوتوکاتالیست هیدروژن را از آب تولید می‌کند و دیگری اکسیژن را.
تیم ژاپنی این فرآیند ترکاندن آب “دو مرحله‌ای” را انتخاب کرد. دکتر تاکاشی هیساتومی از دانشگاه شینشو، یکی از نویسندگان مطالعه گفت: “تکنولوژی تبدیل انرژی خورشیدی نمی‌تواند در شب یا هوای بد کار کند.”
“اما با ذخیره انرژی نور خورشید به عنوان انرژی شیمیایی مواد سوختی، می‌توان [آن را] همیشه و در هر جایی استفاده کرد،” او افزود.
تیم دومن و هیساتومی یک اثبات موفقیت‌آمیز ساختند با اتاقکی با اندازه ۱۰۰ متر مربع (۱۰۷۶ فوت مربع) که برای مدت سه سال فعالیت کرد. این راکتور حتی در نور خورشید طبیعی بهتر از شرایط آزمایشگاهی عمل می‌کرد.
هیساتومی گفت: “در سیستم ما، با استفاده از یک فوتوکاتالیست واکنش‌دهنده با فرابنفش، کارآیی تبدیل انرژی خورشیدی زیر نور خورشید طبیعی بیش از دو برابر بیشتر بود.”
نه فقط نظریه
او افزود: “نور خورشید شبیه‌سازی‌شده استاندارد از طیفی از منطقه‌ای با عرض بالا استفاده می‌کند. کارآیی تبدیل انرژی خورشیدی در مناطقی که نور خورشید طبیعی شامل بیشتر اجزای با طول‌موج کوتاه‌تر است، می‌تواند بیشتر باشد. اما در حال حاضر، کارآیی زیر نور خورشید شبیه‌سازی‌شده استاندارد در بهترین حالت 1٪ است و به 5٪ کارآیی زیر نور خورشید طبیعی نخواهد رسید.”
برای پیشرفت در تکنولوژی و عبور از این سد 5٪، تیم می‌گوید که نیاز است محققان بیشتر به توسعه فوتوکاتالیست‌های کارآمدتر و ساخت راکتورهای آزمایشی بزرگ‌تر بپردازند.
دومن توضیح داد: “مهم‌ترین جنبه برای توسعه، کارآیی تبدیل انرژی خورشی به انرژی شیمیایی توسط فوتوکاتالیست‌ها است.”
“اگر این به سطح عملی برسد، بسیاری از محققان به طور جدی بر روی توسعه تکنولوژی تولید انبوه، فرآیندهای جداسازی گاز، ساخت کارخانه‌های بزرگ کار خواهند کرد. این همچنین دیدگاه بسیاری از افراد، از جمله سیاستمداران، در مورد تبدیل انرژی خورشیدی را تغییر خواهد داد و توسعه زیرساخت‌ها، قوانین و مقررات مرتبط با سوخت‌های خورشیدی را تسریع خواهد کرد،” او نتیجه‌گیری کرد.
این مطالعه در مجله Frontiers in Science منتشر شده است.
