فن آوری انرژی سبز با الهام از طبیعت مانع مهم توسعه را برطرف می کند

دانشمند هاینز فری ده ها سال را صرف ساختن نسخه مصنوعی یکی از ظریف ترین و مؤثرترین دستگاه های طبیعت کرد: برگ.

فری و بسیاری دیگر از محققان در سراسر جهان به دنبال استفاده از فتوسنتز هستند- واکنش شیمیایی ناشی از نور خورشید که گیاهان سبز و جلبکها برای تبدیل دی اکسید کربن (CO 2 ) به سوخت سلولی استفاده می کنند - برای تولید انواع سوختی که می تواند به خانه های ما قدرت دهد. و وسایل نقلیه اگر بتوان فن آوری لازم را در گذشته از مدلهای نظری و نمونه های اولیه آزمایشگاهی تصفیه کرد ، این ایده ماه مه ، معروف به فتوسنتز مصنوعی ، این پتانسیل را دارد که با استفاده از مازاد CO 2 در جو ما ، منابع بزرگی از انرژی کاملاً تجدید پذیر را تولید کند .

با جدیدترین پیشرفت خود ، فری و تیمش در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی وزارت انرژی (آزمایشگاه برکلی) اکنون به این هدف دست یافته اند. دانشمندان یک سیستم فتوسنتز مصنوعی ، ساخته شده از لوله های نانوسیم تولید کرده اند ، که به نظر می رسد قادر به انجام تمام مراحل اصلی واکنش تولید سوخت است.

جدیدترین مقاله آنها ، که در مواد پیشرفته کاربردی منتشر شده است ، نشان می دهد که طراحی آنها اجازه می دهد تا سریع پروتون ها از فضای داخلی لوله ، جایی که از انشعاب مولکول های آب تولید می شوند ، به سمت خارج ، جایی که با CO 2 و الکترون ها ترکیب می شوند ، فراهم شود. برای تشکیل سوخت این سوخت در حال حاضر مونواکسید کربن است ، اما تیم در تلاش برای ساخت متانول است. جریان سریع پروتون ، که برای استفاده موثر از نور خورشید برای تشکیل سوخت ضروری است ، خار در کنار سیستم های فتوسنتز مصنوعی گذشته است.

اکنون که تیم نشان داده است که چگونه لوله ها می توانند تمام کارهای فتوسنتزی را به صورت جداگانه انجام دهند ، آنها آماده هستند تا آزمایش سیستم کامل را آغاز کنند. واحد منفرد این سیستم "کاشیهای سوخت خورشیدی" مربع کوچک خواهد بود (چندین اینچ از یک طرف) که حاوی میلیاردها لوله نانو مقیاس بین یک کف و سقف سیلیکات نازک و کمی انعطاف پذیر است که دهانه های لوله از طریق این پوشش ها سوراخ می شوند. فری امیدوار است که کاشیهای گروه او بتواند اولین کسی باشد که موانع بزرگی را که هنوز هم با این نوع فناوری روبرو هستند ، برطرف می کند.

 
فری که دانشمند ارشد منطقه بیوشیمی آزمایشگاه برکلی است ، گفت: "هنوز دو چالش برطرف نشده است." وی افزود: "یکی از آنها قابلیت مقیاس پذیری است. اگر می خواهیم سوخت های فسیلی را در سطح زمین نگه داریم ، باید بتوانیم در ترات ها انرژی ایجاد کنیم - این مقدار بسیار زیاد از سوخت است. و شما باید یک سوخت هیدروکربنی مایع درست کنید تا در واقع بتوانیم با استفاده از تریلیون دلار ارزش زیرساخت ها و فناوری های موجود از آن استفاده کنید. "

وی خاطرنشان کرد: به محض اینکه الگویی که این الزامات را برآورده کند ، ایجاد مزرعه سوخت خورشیدی از بسیاری از کاشی های انفرادی می تواند به سرعت پیش برود. وی افزود: "ما به عنوان دانشمندان پایه اولیه ، باید کاشی کار کنیم و همه سؤالاتی در مورد عملکرد آن برطرف شود. و مهندسان صنعت می دانند که چگونه می توانند این کاشی ها را به هم وصل کنند. مایل مربع."

تصویر میکروسکوپی (شکل بالا) از نانولوله‌ها ، تولید شده در یک ورق و یک شماتیک (لایه پایین) از لایه‌هایی که هر لوله ریز از آن تشکیل شده است. در لایه سیلیس جاسازی شده "سیم های مولکولی" ساخته شده از زنجیره های هیدروکربنی کوتاه است که به داخل اکسید کبالت در داخل متصل شده و به طرف دی اکسید سیلیس تیتانیوم در طرف مقابل وصل می شوند. این سیمها بارهایی را که توسط مولکولهای جذب کننده نور در آن مرز ایجاد می شوند ، در سراسر غشاء تا اکسید کبالت ایجاد می کنند و اکسیداسیون آب را قادر می سازند. اعتبار: آزمایشگاه برکلی
چگونه کار می کند

هر ریز (تقریباً 5/0 میکرومتر عرض) ، لوله توخالی درون کاشی از سه لایه ساخته شده است: یک لایه داخلی اکسید کبالت ، یک لایه میانی سیلیس و یک لایه بیرونی دی اکسید تیتانیوم. در لایه داخلی لوله ، انرژی ناشی از نور خورشید که به اکسید کبالت تحویل داده می شود ، آب را تقسیم می کند (به شکل هوای مرطوب که درون هر لوله جریان می یابد) و پروتون و اکسیژن آزاد تولید می کند.

Won Jun Jo گفت: "این پروتون ها به راحتی در لایه بیرونی جریان می یابند ، جایی که آنها با دی اکسید کربن ترکیب می شوند تا در حال حاضر مونوکسید کربن و متانول در یک مرحله آینده تشکیل شوند." همکار بعد از دکترا و نویسنده اول مقاله. "این سوخت در فضای بین لوله ها جمع می شود ، و می توان آن را به راحتی جمع کرد."

نکته مهم این است که لایه میانی دیواره لوله اکسیژن تولید شده از اکسیداسیون آب در قسمت داخلی لوله را نگه می دارد و دی اکسید کربن و مولکولهای سوخت در حال تحول در خارج را از نفوذ به داخل داخلی مسدود می کند و بدین ترتیب دو واکنش شیمیایی بسیار ناسازگار را از هم جدا می کند. مناطق