اگرچه انرژی خورشیدی عمدتاً برای تولید برق پایدار استفاده می‌شود، اما این روزها دانشمندان دانشگاه ییل مشغول ارائه کاربرد دیگری از نور خورشید برای تولید انواع دیگر انرژی هستند.
به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از تک اکسپلورر، تحقیقات قابل توجهی در دهه گذشته با هدف ایجاد سوخت مایع پایدار با استفاده از انرژی خورشیدی انجام شده است.
مواد نیمه هادی جدید می توانند به طور موثر نور خورشید را جذب کرده و فرآیند تبدیل دی اکسید کربن را به محصولات ارزشمندی مانند سوخت های مایع کاتالیز کنند.
از سوی دیگر، کاتالیزورهای مولکولی نیز می توانند با جذب دی اکسید کربن (CO2) یک محصول واحد تولید کنند که البته پایدار نیست. با این حال، ایجاد یک محصول واحد اغلب دشوار است. در نتیجه، بسیاری از دانشمندان می گویند که هیچ یک از این رویکردها برای تولید سوخت های مایع پایدار در مقیاس بزرگ کافی نیست.
اکنون به لطف تلاش‌های دانشمندان دانشگاه ییل، روش سومی در حال ظهور است. با همکاری محققان مرکز رویکردهای ترکیبی در انرژی خورشیدی (CHASE)، آنها در حال ترکیب مواد نیمه هادی جدید با کاتالیزورهای مولکولی جدید در فرآیندهای قدرتمندتر و کارآمدتر هستند که ممکن است برای استفاده گسترده تر مقیاس پذیر باشند.
ماموریت CHASE تسریع تحقیقاتی است که می تواند منجر به تولید سوخت مایع از نور خورشید، آب، نیتروژن و دی اکسید کربن شود.
به گفته محققان، این رویکرد جدید امیدوارکننده می‌تواند بازی را تغییر دهد و محصولات سوخت جایگزینی را ارائه دهد که مزیت اضافی حذف CO2 از هوا را نیز دارد.
دو گروه از محققان دانشگاه ییل دو مطالعه جداگانه اما موازی در این زمینه راه اندازی کرده اند که به گفته آنها می تواند یک رویکرد ترکیبی ارائه دهد که در زمینه انرژی پایدار کار می کند.
آنها سعی کرده اند با تمرکز بر فوتوالکترودهای مبتنی بر سیلیکون به فناوری مورد نیاز برای سوخت های خورشیدی عملی نزدیک شوند: اجزای سلول های خورشیدی که نور خورشید را جذب کرده و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.
محققان یک الکترود متشکل از یک سری ریز ستون های سیلیکونی که با لایه ای از کربن فلورینه شده فوق آبگریز پوشیده شده بود ساختند. این استراتژی سطح کل الکترود را افزایش داد و منجر به افزایش چشمگیر فعالیت کاتالیزوری شد: تا 17 برابر بیشتر از رکورد قبلی فوتوالکترودهای سیلیکونی.
این روش کارآمدترین تبدیل فوتوالکتروکاتالیستی مبتنی بر سیلیکون CO2 از نور خورشید به متانول است که تاکنون گزارش شده است. متانول یک سوخت مایع بی رنگ و جایگزین است.
گروهی دیگر روی فرآیندی کار کردند که شامل تراشه های نازک سیلیکون متخلخل، شکلی از سیلیکون حکاکی شده با کانال هایی به نام نانو منافذ بود. آنها یک کاتالیزور رنیوم مولکولی را به این تراشه های الکترود متصل کردند.
نویسندگان این مطالعه می گویند این اولین بار است که یک کاتالیزور مولکولی به سیلیکون متخلخل متصل می شود.
واکنش شیمیایی حاصل که توسط نور خورشید آغاز می شود، CO2 را به روشی سازگارتر و قابل تکرارتر از زمانی که کاتالیزورهای مولکولی به سیلیکون مسطح و غیر متخلخل جفت می کنند، به مونوکسید کربن تبدیل می کند.
این محققان می گویند: ما با موفقیت یک کاتالیزور مولکولی موثر کاهش CO2 را روی یک ماده سیلیکونی که نور خورشید را جذب می کند، بی حرکت کردیم. این دستاورد به دستگاه اجازه می دهد تا به طور مستقیم از انرژی خورشیدی برای تولید سوخت استفاده کند.
به گفته محققان، هر دو مطالعه فوتوالکترودهای کاهش دی اکسید کربن را با سیلیکون و یک کاتالیزور مولکولی توسعه می دهند، اما رویکردهای آنها بسیار متفاوت است.
