پژوهشگران مرکز رویکردهای ترکیبی انرژی خورشیدی به سوخت‌های مایع(CHASE) در ایالات متحده به این نتیجه رسیده‌اند که استفاده از داربست‌های سیلیکونی سه‌بعدی بر روی فوتوالکترودها، عملکرد محصولات را هنگامی که از نور خورشید برای تبدیل کربن دی‌اکسید به سوخت استفاده می‌شود، بهبود می‌بخشد.

مرکز رویکردهای ترکیبی انرژی خورشیدی به سوخت‌های مایع(CHASE) کنسرسیومی است که توسط وزارت انرژی آمریکا راه‌اندازی شده است و محققانی از برخی از دانشگاه‌های برتر ایالات متحده از جمله پرینستون و ییل در آن حضور دارند.

با توجه به اینکه بشر به دنبال کاهش وابستگی خود به سوخت‌های فسیلی است، منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید برای پاسخگویی به نیازهای برق در بسیاری از نقاط جهان افزایش یافته‌اند. با این حال، صنایع سنگین و برنامه‌های کاربردی مانند حمل ‌و نقل در مسافت طولانی نمی‌توانند با انرژی حاصل از بسته‌های باتری کار کنند و به سوختی با انرژی متراکم نیاز دارند که بتواند جایگزین گازوئیل و بنزین شود.

درست مانند برگ درختان که کربن دی اکسید(CO2) و آب را در حضور نور خورشید به غذا تبدیل می‌کنند، دانشمندان مشتاقند رویکردی برای تولید انرژی با استفاده از منبع نور ایجاد کنند.

انجام این کار با گازی مانند CO2 دارای مزیت دوچندان است، زیرا غلظت گازهای گلخانه‌ای را در جو کاهش می‌دهد و در عین حال منبع انرژی قابل اعتمادی مانند متانول که با استفاده از نور خورشید ساخته می‌شود را نیز فراهم می‌کند. دانشمندان از آنها به عنوان سوخت‌های خورشیدی مایع یاد می‌کنند.

سوخت مایع خورشیدی چگونه ساخته می‌شود؟

دانشمندان با موفقیت سوخت‌های خورشیدی مایع را با استفاده از فوتوالکترودهای سیلیکونی تولید کرده‌اند. این فرآیند با ترکیب کاتالیزورها بر روی سطح سیلیکون کار می‌کند که می‌تواند نور را جذب و واکنش شیمیایی لازم را آغاز کند.

کربن دی اکسید در حضور آب می‌تواند به متانول یا حتی کربن مونوکسید(CO) تبدیل شود که به عنوان یک مولکول شروع کننده برای سنتز طیف گسترده‌ای از محصولات مفید دیگر عمل می‌کند.

در حالی که دانشمندان دهه‌ها با این نوع سیلیکون آشنایی داشتند، اما تاکنون هرگز از فوتوالکترودها برای تولید سوخت خورشیدی مایع استفاده نشده بود و تیم تحقیقاتی در CHASE برای اولین بار این کار را انجام داد و به نتایج امیدوارکننده‌ای رسید.

دانشمندان CHASE چه کار کردند؟

تیم CHASE فوتوالکترودها را با استفاده از مواد سیلیکونی ساختند. این کار به آنها اجازه داد تا کاتالیزورها را در سطح مولکولی مطالعه کنند و نقش آنها را در انجام واکنش‌های شیمیایی بهتر درک کنند.

محققان در مجموعه‌ای که کبالت به عنوان کاتالیزور استفاده می‌شد و روی سیلیکون رسوب می‌کرد و در قالب سه بعدی به شکل ریز ستون‌ها استفاده می‌شد، مشاهده کردند که متانول با چگالی جریان بالاتری تولید می‌شود. بنابراین فوتوالکترود پیشرفته می‌تواند در آینده برای تولید سوخت مایع خورشیدی استفاده شود.

در رویکردی دیگر، کاتالیزور پس از ادغام در سیلیکون نانومتخلخل از کبالت به رنیوم(rhenium) تغییر یافت. فوتوالکترود هیبریدی که در نتیجه تولید می‌شود، دوام و گزینش‌پذیری بالاتری را نشان می‌دهد، زیرا کربن مونوکسید را به متانول تقلیل می‌دهد که در هنگام مقیاس‌سازی و تجاری‌سازی این فناوری مزیت مهمی است.

آزمایش‌ها مزایای استفاده از سیلیکون را در ساخت فوتوالکترود نشان دادند. با پیشرفت‌های بیشتر فناوری، روزی خواهد رسید که بتوانیم یک حلقه بسته از مصرف سوخت و تولید سوخت را با استفاده از چیزی جز کربن دی اکسید، آب و نور خورشید ایجاد کنیم. این یک گام بزرگ به سوی یک سیاره پایدار خواهد بود.