تمیز کردن هوا و تولید انرژی با فتوسنتز مصنوعی

دانشمندان گونه‌ای فتوسنتز مصنوعی ساخته‌اند که می‌تواند سطح دی‌اکسید کربن هوا را کاهش دهد و، همزمان، سوخت خورشیدی تولید کند - دو مزیت بالقوه در راستای کمک به پایدارکردن دگرگونی آب‌وهوا.

واکنش شیمیایی با تاباندن یک نور آبی‌رنگ که طول‌موج آن برابر با طول‌موج آبی نور خورشید است آغاز می‌شود. این واکنش دی‌اکسید‌کربن را به دو شکل کاهش‌یافته، فُرمات (formate ) و فُرم‌آمید (formamides)، تبدیل می‌کند. این دو ماده‌ی تولید شده منبع تولید انرژی می‌باشند. 

آنچه پس از واکنش به جا می‌ماند هوای پاک و انرژی اضافی است؛ درست مانند فرآیند فتوسنتز در گیاهان که انرژی نور را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کند. این گروه از دانشگاه «فلوریدای مرکزی» امید زیادی به فتوسنتز مصنوعی خود دارند. 

یکی از این پژوهشگران به نام Fernando Uribe-Romo می‌گوید: "از نگاه علمی ساختن موادی که یک رنگ ویژه از نور را جذب کنند بسیار دشوار است، ولی از نگاه اجتماعی ما در حال گسترش فنآوری‌ای هستیم که می تواند یاریگر کاهش گازهای گلخانه‌ای باشد".  

به گفته‌ی او، دانشمندان پیش از این نیز تلاش کرده‌اند چنین چیزی را بسازند، ولی اینکه نوری در طیف مرئی بتواند واکنش شیمیایی مورد نظری را به راه‌بیندازد، زبردستی می‌خواهد. 

موادی که می‌توانند نور مرئی را جذب کنند؛ همانند پلاتینوم، رنیوم و ایریدیوم؛ بسیار کمیاب و گران بها هستند و نمی‌توان آنها را در ساخت دستگاه‌های فتوسنتز مصنوعی به کار برد.

ایده‌ی Uribe-Romo و همکارانش این بود که از «فلز تیتانیم همراه با مولکول‌های آلی به نام N-آلکیل-2-ترفتالئات (called N-alkyl-2-aminoterephthalates)» که مانند یک آنتن برای جذب نور آبی ورودی عمل می‌کند، سود ببرند. 

این ساختار فلزی-آلی (MOF) چاره‌ساز بود. MOF‌ها پیش از این نیز برای جداسازی و گیرانداختن گازها بر روی یک سطح‌مقطع بزرگ  به کار گرفته شده بودند- در این مورد، این  CO2 است که درون خلل‌و‌فرج ساختار MOF نفوذ می‌کند، همزمان موادی که گفتیم نقش آنتن دارند نور را به دام انداخته و الکترون‌هایی را از آن می‌گیرند که اکسیدتیتانیوم این الکترونها را به کار می‌گیرد تا CO2 را به فرمات و فُرم‌آمید تبدیل کند.

پژوهشگران یک غلاف آزمایش استوانه‌ای مجهز به چراغ‌های آبی‌رنگ ساختند - که بسیار مانند یک تخت کوچک برنزه‌کردن است - و MOF را در آن به کار گرفتند. این ماده کار به دام انداختن CO2 را انجام می‌دهد، در حالی که نور آبی‌‌رنگ انرژی مورد نیاز برای تبدیل CO2 به سوخت خورشیدی را فراهم می‌کند. 

برای این که انجام فرآیند در مقیاس بزرگتر شدنی باشد، دانشمندان می‌گویند که باید کارایی سیستم افزایش یابد و طیف بزرگتری از نور به دام انداخته شود - ولی نشانه‌ها برای حل این دو چالش دلگرم‌کننده است. 

ار آنجا که سطح دی‌اکسیدکربن در هوای سیاره‌ی ما دارد از آستانه‌ی ترسناک (زیانبار) فراتر می‌رود، به همه‌ی راهکارهای گوناگون برای کاهش آن نیازمندیم، چه راهکارهای طبیعی، و چه به یاری مواد ساخت دست خودمان. دانشمندان در حال کار بر روی روش‌های جایگزین بسیاری برای به‌دام‌انداختن CO2 هستند. 

این ماده‌ی MOF تازه‌ساخته‌شده را می‌توان نزدیک به نیروگاه‌های برق نصب کرد تا میزان دی‌اکسیدکربن پخش‌شده در هوا را به اندازه‌ی چشمگیری کاهش دهد. 

Uribe-Romo می گوید: "گاز به درون ایستگاه کشیده شده، فرآیند بازیافت گازهای گلخانه‌ای  انجام شده و انرژی تولید خواهد شد که می‌توان آن را می‌توان به نیروگاه برگرداند". 

کاربرد دیگر این است که سرامیک‌های پشت‌بام خانه‌ها را از این ماده ساخت، تا بخشی از هوا را پاک کند و همزمان بخشی از انرژی خانه را نیز تولید کند. 

به گفته‌ی Uribe-Romo: "برای انجام این کار به فن‌آوری و زیرساخت تازه‌ای نیاز است، ولی شدنی است".

شاید اینها را نیز بپسندید:

برگ مولکولی برای کاهش دی‌اکسید کربن

راز سبز بودن گیاه

گل رز سایبورگ

رشد بافت قلب بر روی اسفناج

برگ‌های داروساز

ساخت «بمب‌یاب» از «گیاه اسفناج» با فناوری «نانوتیوب‌های کربنی» 

لینک منبع خبر:

This New Material Replicates Photosynthesis to Generate Clean Energy and Suck Up CO2