به گفته محققان دانشگاه کمبریج در بریتانیا، دستگاه‌های برگ‌مانندی که به اندازه کافی سبک هستند تا روی آب شناور شوند، می‌توانند برای تولید سوخت از مزارع خورشیدی واقع در منابع آب آزاد استفاده شوند - راهی که قبلاً کاوش نشده است. آنها را توسعه داد. دستگاه‌های جدید از بسترهای نازک و انعطاف‌پذیر و لایه‌های جاذب نور مبتنی بر پروسکایت ساخته شده‌اند و آزمایش‌ها نشان داد که می‌توانند هیدروژن یا گاز سنتز (مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن) را در حالی که روی رودخانه بام شناور هستند تولید کنند.
برگ های مصنوعی مانند این ها نوعی سلول فوتوالکتروشیمیایی (PEC) هستند که نور خورشید را با تقلید از برخی جنبه های فتوسنتز، مانند تقسیم آب به اکسیژن و هیدروژن تشکیل دهنده آن، به انرژی الکتریکی یا سوخت تبدیل می کنند. این با سلول های فتوولتائیک معمولی که نور را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می کنند متفاوت است.
از آنجایی که برگ‌های مصنوعی PEC حاوی اجزای برداشت نور و کاتالیزور در یک دستگاه فشرده هستند، در اصل می‌توان از آنها برای تولید سوخت از نور خورشید ارزان و ساده استفاده کرد. مشکل این است که تکنیک‌های فعلی برای ساخت آنها را نمی‌توان افزایش داد. علاوه بر این، آنها اغلب از مواد فله ای شکننده و سنگین تشکیل شده اند که استفاده از آنها را محدود می کند.
در سال 2019 تیمی از محققان به رهبری اروین رایسنر یک برگ مصنوعی ساخت که از نور خورشید، دی اکسید کربن و آب گاز سنتز تولید می کرد. این دستگاه حاوی دو جاذب نور و کاتالیزور بود، اما همچنین دارای یک بستر شیشه ای ضخیم و پوشش هایی برای محافظت در برابر رطوبت بود که آن را دست و پا گیر می کرد.
نسخه جدید و سبک وزن
برای ساخت نسخه جدید و سبکتر، رایسنر و همکارانش مجبور بودند بر چندین چالش غلبه کنند. اولین مورد ادغام جاذب های نور و کاتالیزورها در بسترهایی بود که در برابر نفوذ آب مقاوم هستند. برای انجام این کار، آنها یک اکسید فلزی لایه نازک، بیسموت وانادات (BiVO) را انتخاب کردند.4) و نیمه هادی های فوتواکتیو معروف به پروسکایت هالید سرب که می توانند روی فویل های پلاستیکی و فلزی انعطاف پذیر پوشانده شوند. سپس دستگاه ها را با پلی اتیلن ترفتالات ضد آب به ضخامت میکرون پوشاندند. نتیجه ساختاری بود که کار می کند و شبیه یک برگ واقعی است.
ریزنر توضیح می دهد: «ما جاذب های نور را در مرکز دستگاه ها قرار دادیم تا از آنها در برابر آب محافظت کنیم. پروسکایت حساس به رطوبت به طور خاص باید کاملاً ایزوله شود.
کاتالیزورها در دو طرف دستگاه رسوب می کنند. پروسکایت ها و BiVO4 تابش خورشید را برداشت می کنند، اما به جای تولید برق مانند یک پنل فتوولتائیک، از انرژی برداشت شده برای تامین انرژی یک واکنش شیمیایی با پشتیبانی کاتالیزورها استفاده می کنند. ریزنر می گوید: "این به ما امکان می دهد اساسا شیمی را روی یک صفحه خورشیدی هدایت کنیم - در مورد ما، تبدیل دی اکسید کربن گاز گلخانه ای با آب برای تولید گاز سنتز، یک حامل انرژی صنعتی مهم." دنیای فیزیک.
محققان برگ های شناور آنها را در رودخانه کمبریج آزمایش کردند و دریافتند که آنها نور خورشید را به همان اندازه برگ های طبیعی گیاهان به سوخت تبدیل می کنند. در واقع، دستگاهی حاوی کاتالیزور پلاتین به فعالیت 4,266 دست یافت μمول اچ2 g-1 h-1.
مزارع برای سنتز سوخت
مزارع خورشیدی برای تولید برق محبوب شده اند. یکی از اعضای تیم می گوید: ما مزارع مشابهی را برای سنتز سوخت متصور هستیم ویرجیل آندری. اینها می توانند سکونتگاه های ساحلی، جزایر دورافتاده را تامین کنند، حوضچه های صنعتی را پوشش دهند یا از تبخیر آب از کانال های آبیاری جلوگیری کنند.
جریان مایع بر روی سطح با الهام از برگ های مخروطی هدایت می شود
ریزنر می‌افزاید: «بسیاری از فناوری‌های انرژی‌های تجدیدپذیر، از جمله فناوری‌های سوخت خورشیدی، می‌توانند فضای زیادی را در خشکی اشغال کنند، بنابراین انتقال تولید به آب‌های آزاد به این معنی است که انرژی پاک و استفاده از زمین با یکدیگر رقابت نمی‌کنند». از نظر تئوری، می‌توانید این دستگاه‌ها را جمع کنید و تقریباً در هر مکانی، تقریباً در هر کشوری، قرار دهید، که به امنیت انرژی نیز کمک می‌کند.»
محققان می گویند اکنون روی افزایش مقیاس و بهبود کارایی و پایداری دستگاه های خود کار خواهند کرد. ریزنر می‌گوید: «تیم ما همچنین در حال مطالعه کاتالیزورهای جدید برای گسترش دامنه شیمی برگ‌های مصنوعی است تا به ما اجازه دهد محصولات دیگری را از مواد اولیه فراوان و در درازمدت، بسیاری از مواد شیمیایی مختلف بنا به تقاضا بسازیم.»
مطالعه حاضر به تفصیل در طبیعت.
