پژوهشگران با توسعه فناوری نوینی موفق شدند انرژی نور خورشید را به صورت الکترون ذخیره کرده و ساعتها پس از قطع نور و بدون نیاز به منابع برق، آن را به هیدروژن پاک تبدیل کنند. این دستاورد علمی که میتواند معادلات ذخیرهسازی و حملونقل انرژی را دگرگون کند، رکوردی تازه در حوزه «فوتوکاتالیز در تاریکی» به ثبت رسانده است.
به گزارش پایگاه خبری، تحلیلی گزارش سبز و به نقل از ایرنا، هیدروژن به عنوان سوختی پاک که در فرایند سوختن تنها آب تولید میکند، یکی از گزینههای کلیدی برای حذف کربن از صنایع سنگین و حملونقل محسوب میشود. با این حال، دو مانع اصلی یعنی وابستگی تولید آن به تابش پیوسته خورشید و چالشهای پرهزینه و خطرناک ذخیرهسازی گاز هیدروژن (نیاز به فشار بالا یا سرمایش شدید)، مانع از توسعه گسترده این سوخت شده است.
اکنون دانشمندان با الهام از فرایند فتوسنتز در گیاهان، راهکاری دو مرحلهای برای غلبه بر این موانع یافتهاند. در این روش، انرژی خورشید ابتدا در واسطههای شیمیایی ذخیره شده و سپس در زمان و مکان دلخواه (حتی در تاریکی مطلق) برای تولید سوخت آزاد میشود.
در پژوهشی که در نشریه معتبر Advanced Materials با عنوان «ذخیره انرژی خورشیدی در پلیاکسومتالات برای حمل و تولید هیدروژن در زمان دلخواه» منتشر شده است، محققان دانشگاه لانژو چین سامانهای معرفی کردهاند که بدون نیاز به جریان الکتریکی خارجی، بالاترین نرخ تولید هیدروژن در تاریکی را به ثبت رسانده است.
قلب تپنده این فناوری، ترکیب دو ماده تجاری «نیترید کربن گرافیتی» و «آمونیوم متاتنگستات» است. در این سامانه، نیترید کربن گرافیتی نقش فوتوکاتالیست نیمهرسانا را بازی میکند و خوشههای پلیاکسومتالات تنگستنی به عنوان مخزنی برای ذخیره الکترونها عمل میکنند.
آزمایشها نشان میدهد که با تابش نور به محلول آبی حاوی متانول، الکترونهای تولید شده به خوشههای پلیاکسومتالات منتقل و در آنها ذخیره میشوند. تغییر رنگ محلول از زرد کمرنگ به آبی تیره، نشاندهنده موفقیتآمیز بودن فرایند ذخیرهسازی است. دو عامل کلیدی موفقیت این روش، تماس الکترواستاتیکی نزدیک ناشی از اختلاف بار بین مواد و همخوانی مناسب ترازهای انرژی آنها عنوان شده است.
برای آزادسازی انرژی ذخیره شده، کافیست کاتالیست پلاتین به محلول تاریک اضافه شود تا پروتونها و الکترونها با هم ترکیب شده و گاز هیدروژن تولید کنند. این فرایند امکان جداسازی زمانی و مکانی جذب نور و تولید سوخت را فراهم میکند.
طبق نتایج این تحقیق، پس از یک ساعت تابش نور، سامانه توانست در مرحله تاریکی ۱۳.۵ میکرومول هیدروژن تولید کند و بیشینه نرخ تولید به ۳۲۲۰ میکرومول بر گرم در ساعت برسد که رکوردی بیسابقه محسوب میشود. همچنین آزمایشهای فضای باز با نور طبیعی خورشید، نرخ تولید ۹۵۴ میکرومول بر گرم در ساعت را نشان دادند.
کارشناسان معتقدند اگر پایداری طولانیمدت این ذخیره الکترونی در آینده تأیید شود، این فناوری راه را برای انتقال انرژی خورشیدی از مناطق آفتابی به مناطق کمنور، در قالب مایعی ایمن، کمهزینه و بدون نیاز به مخازن فشار قوی، هموار خواهد کرد.
