سوخت

کاتالیزورهای ارزان نور خورشید و کربن دی‌اکسید را به سوخت تبدیل می‌کنند

دانشمندان آرزوی دور و دراز تقلید از فتوسنتز دارند تا با استفاده از انرژی نور خورشید، سوخت‌های هیدروکربنی از دی‌اکسید کربن و آب را به یکدیگر ببافند. اکنون، یک کاتالیزور شیمیایی ارزان  قیمت بخشی از این فرایند را با بهره‌گیری از الکتریسته‌ی یک سلول‌های خورشیدی برای تقسیم دی‌اکسید کربن به مونوکسید کربن پر انرژی و اکسیژن آن هم به صورت کارا انجام می‌دهد.  این تبدیل هنوز به اندازه کافی کارا نیست که بتواند با سوخت‌های فسیلی چون گازوئیل رقابت کند. اما روزی می‌تواند منجر به پیدایش روش‌هایی برای ساخت مقدار اساسا نامحدودی از سوخت‌های مایع به دست آمده از نور خورشید، آب و دی اکسید کربن، که مقصر اصلی گرمای جهانی است، بشود.

این کار جدید «یک نتیجه بسیار زیبا است،» این گفته جان تارنر، متخصص سوخت‌های قابل تجدید در آزمایشگاه ملی انرژی‌های قابل تجدید در کلورودا در آمریکا است.

این تبدیل زمانی شروع می‌شود که دی‌اکسید کربن به اکسیژن و مونوکسید کربن شکسته شود و پس از آن با ترکیب  با هیدروژن، یک نوع سوخت هیدروکربنی بسازد. برای مثال، با افزودن چهار اتم هیدروژن به دی‌اکسید کربن، متانول که سوختی مایع برای ماشین‌های خودروها است تشکیل می‌شود. در طی بیش از دو دهه اخیر، پژوهشگران تعدادی کاتالیزورها را کشف کرده‌اند که قادر است گام اول یعنی تقسیم کربن دی اکسید کربن هنگامی که این گاز در آب در حال جوش در حضور جریان الکتریسیته قرار دارد را انجام دهد. یکی از بهترین‌ها در این زمینه که ارزان است، مخلوط فراوانی از مس و اکسیژن که اکسد مس نام دارد است. مشکل این است که این کاتالیزور بیشتر آب را تجزیه می‌کند تا دی‌اکسید کربن، و مولکول‌های هیدروژن که ترکیبی کم انرژی هستند را می‌سازد، این را میشائیل گریتزل، شیمیدانی در موسسه فناوری فدارالی سوئیس در لوزان که مطالعه‌های طولانی مدتی روی کاتالیزورهای تقسیم کننده کربن دی اکسید انجام داده است، گفت.

سال گذشته، مارسل اسچریر، یکی از دانشجویان فارغ‌التحصیل گریتزل، جزئیات چگونگی کار کاتالیزورهای اکسید مس را بررسی کرد. او لایه‌ای از آنها را روی الکترودهای مبتنی بر اکسید قلع، که اکترون‌هایی برای ظرف حاوی محلول آب و دی‌اکسی کربن تغذیه می‌کند گذاشت. به جای تقسیم بیشتر آب (مانند کار اکسید مس) این کاتالیزور جدید، مونوکسید کربن تقریبا خالصی را تولید کرد. «این یک کشف خوش اقبالی بود،» گریتزل گفت.

گریتزل اضافه کرد، به نظر می‌رسد قلع نقاط داغ کاتالیزور که به تجزیه مولکول‌های آب کمک می‌کرد را غیر فعال می‌کند. در نتیجه، تمامی جریان الکتریکی صرف ساخت مطلوب‌تر مونوکسید کربن می‌شود. تیم گریتزل با تجهیز به بینش جدید، کار ساخت کاتلیزورشان را سرعت بخشیدند. برای انجام این کار، آنها الکترودهایشان را مجددا از نانو سیم‌های اکسید مس، که یک ناحیه سطحی بلند برای انجام واکنش کربن دی اکسید دارد ساختند و آنها را با لایه ضخیمی از اتم‌های منفرد قلع کج کردند. تیم گریتزل  این هفته در ژورنال انرژی نیچر گزارش دادند که این استراتژی برای تبدیل ۹۰ درصد مولکول‌های کربن دی اکسید به مونوکسید کربن، با هیدروژن و دیگر محصولات جانبی که این مجموعه را می‌سازند جواب می‌دهد. آنها همچنین با راه اندازی یک سلول خورشیدی رکورد ۱۳.۴ درصدی از انرژی دریافت شده از نور خورشید که به پیوندهای شیمیایی مونوکسید کربن تبدیل شده بود ثبت کردند. این بسیار بهتر از گیاهان بود، که تبدیل انرژی در آنها با ۱۰ درصد کارایی بود، و حتی بالاتر از رهیافت‌های ترکیبی اخیر که کاتالیزورها را با میکروب‌ها برای تولید سوخت تولید می‌کردند بود.

نیت لوئیس، شیمیدانی در موسسه فناوری کالیفرنیا در پاسادینا می‌گوید که نتایج حدید روی پس مانده‌های دیگر بهبودی‌های اخیر که از کاتالیزورهای مختلف برای تبدیل دی اکسید کربن به سوخت استفاده می‌کردند می‌آید. «با یکدیگر، آنها نشان دادند ما در حال پیشرفت هستیم،» لوئيس گفت. اما او همچنین هشدار دادکه تلاش‌های فعلی برای تبدیل دی‌اکسید کربن به سوخت مستقیما در عرصه پژوهش‌های بنیادی باقی می‌ماند، چون آنها نمی‌توانند سوخت را به قیمتی نزدیک به پالیدن نفت تولید کنند.

هنوز، تدارکات انفجاری الکتریسته تجدید پذیر می تواند برای تولید بیشتر برق از شبکه به کار برده شود. اکنون دانشمندان روش زیست پذیری برای ذخیره الکتریسیته اضافی جستجو می‌کنند. این احتمالا در آینده منجر به پیشرفت‌هایی در ذخیره انرژی در سوخت‌های شیمیایی می‌شود، گریتزل گفت.

دیدگاه‌تان را بنویسید: