यूके में कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के अनुसार, पत्ती जैसे उपकरण जो पानी पर तैरने के लिए पर्याप्त हल्के होते हैं, उनका उपयोग खुले जल स्रोतों पर स्थित सौर फार्मों से ईंधन उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है - एक ऐसा रास्ता जिसकी पहले खोज नहीं की गई है। उन्हें विकसित किया. नए उपकरण पतले, लचीले सब्सट्रेट्स और पेरोव्स्काइट-आधारित प्रकाश अवशोषित परतों से बने होते हैं, और परीक्षणों से पता चला है कि वे कैम नदी पर तैरते समय हाइड्रोजन या सिनगैस (हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड का मिश्रण) का उत्पादन कर सकते हैं।
इस तरह की कृत्रिम पत्तियां एक प्रकार की फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल सेल (पीईसी) हैं जो प्रकाश संश्लेषण के कुछ पहलुओं की नकल करके सूर्य के प्रकाश को विद्युत ऊर्जा या ईंधन में बदल देती हैं, जैसे कि पानी को उसके घटक ऑक्सीजन और हाइड्रोजन में विभाजित करना। यह पारंपरिक फोटोवोल्टिक कोशिकाओं से अलग है, जो प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करते हैं।
क्योंकि पीईसी कृत्रिम पत्तियों में एक कॉम्पैक्ट डिवाइस में प्रकाश संचयन और उत्प्रेरण दोनों घटक होते हैं, सिद्धांत रूप में उनका उपयोग सस्ते और आसानी से सूर्य के प्रकाश से ईंधन का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। समस्या यह है कि इन्हें बनाने की मौजूदा तकनीकों को बढ़ाया नहीं जा सकता। इसके अलावा, वे अक्सर नाजुक और भारी थोक सामग्रियों से बने होते हैं, जो उनके उपयोग को सीमित करता है।
2019 में शोधकर्ताओं की एक टीम का नेतृत्व किया गया इरविन रीस्नर एक कृत्रिम पत्ती विकसित की जो सूर्य के प्रकाश, कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से सिनगैस उत्पन्न करती है। इस उपकरण में दो प्रकाश अवशोषक और उत्प्रेरक थे, लेकिन इसमें नमी से बचाने के लिए एक मोटी ग्लास सब्सट्रेट और कोटिंग्स भी शामिल थीं, जिससे यह बोझिल हो गया।
नया, हल्का संस्करण
नया, हल्का संस्करण बनाने के लिए, रीस्नर और उनके सहयोगियों को कई चुनौतियों से पार पाना पड़ा। पहला था प्रकाश अवशोषक और उत्प्रेरक को ऐसे सब्सट्रेट में एकीकृत करना जो पानी के घुसपैठ के प्रतिरोधी हों। ऐसा करने के लिए, उन्होंने एक पतली-फिल्म धातु ऑक्साइड, बिस्मथ वैनाडेट (BiVO) को चुना4), और फोटोएक्टिव अर्धचालक जिन्हें लेड हैलाइड पेरोव्स्काइट्स के रूप में जाना जाता है, जिन्हें लचीली प्लास्टिक और धातु की पन्नी पर लेपित किया जा सकता है। फिर उन्होंने उपकरणों को माइक्रोन-मोटी जल-विकर्षक पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट से ढक दिया। परिणाम एक ऐसी संरचना थी जो काम करती है और असली पत्ते की तरह दिखती है।
रीस्नर बताते हैं, "हमने उपकरणों को पानी से बचाने के लिए प्रकाश अवशोषक को उनके केंद्र में रखा है।" "विशेष रूप से नमी के प्रति संवेदनशील पेरोव्स्काइट को पूरी तरह से अलग करने की आवश्यकता है।"
उत्प्रेरक उपकरण के दोनों किनारों पर जमा होते हैं। पेरोव्स्काइट्स और BiVO4 सौर विकिरण का उपयोग करते हैं, लेकिन फोटोवोल्टिक पैनल की तरह बिजली का उत्पादन करने के बजाय, वे उत्प्रेरक के समर्थन से रासायनिक प्रतिक्रिया को शक्ति देने के लिए एकत्रित ऊर्जा का उपयोग करते हैं। "यह हमें अनिवार्य रूप से सौर पैनल पर रसायन विज्ञान चलाने की अनुमति देता है - हमारे मामले में, ग्रीनहाउस गैस कार्बन डाइऑक्साइड को पानी के साथ परिवर्तित करके सिनगैस का उत्पादन करता है, जो एक महत्वपूर्ण औद्योगिक ऊर्जा वाहक है," रीस्नर बताते हैं भौतिकी की दुनिया.
शोधकर्ताओं ने कैम्ब्रिज में कैम नदी पर तैरते हुए उनके पत्तों का परीक्षण किया और पाया कि वे प्राकृतिक पौधों के पत्तों की तरह ही कुशलता से सूर्य के प्रकाश को ईंधन में परिवर्तित करते हैं। दरअसल, प्लैटिनम उत्प्रेरक युक्त एक उपकरण ने 4,266 की गतिविधि हासिल की μमोल एच2 g-1 h-1.
ईंधन संश्लेषण के लिए फार्म
“बिजली उत्पादन के लिए सौर फार्म लोकप्रिय हो गए हैं; हम ईंधन संश्लेषण के लिए समान फार्मों की कल्पना करते हैं, ”टीम के सदस्य कहते हैं वर्जिल आंद्रेई. "ये तटीय बस्तियों, दूरदराज के द्वीपों को आपूर्ति कर सकते हैं, औद्योगिक तालाबों को कवर कर सकते हैं, या सिंचाई नहरों से पानी के वाष्पीकरण को रोक सकते हैं।"
शंकुवृक्ष की पत्तियों से प्रेरित होकर सतह पर तरल प्रवाह संचालित होता है
रीस्नर कहते हैं, "सौर ईंधन प्रौद्योगिकियों सहित कई नवीकरणीय ऊर्जा प्रौद्योगिकियां भूमि पर बड़ी मात्रा में जगह ले सकती हैं, इसलिए उत्पादन को खुले पानी में ले जाने का मतलब यह होगा कि स्वच्छ ऊर्जा और भूमि उपयोग एक दूसरे के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं कर रहे हैं।" "सैद्धांतिक रूप से, आप इन उपकरणों को रोल अप कर सकते हैं और उन्हें लगभग किसी भी देश में कहीं भी रख सकते हैं, जो ऊर्जा सुरक्षा में भी मदद करेगा।"
शोधकर्ताओं का कहना है कि वे अब अपने उपकरणों की दक्षता और स्थिरता को बढ़ाने और सुधारने पर काम करेंगे। रीस्नर कहते हैं, "हमारी टीम कृत्रिम पत्तियों के रसायन विज्ञान के दायरे को व्यापक बनाने के लिए नए उत्प्रेरकों का भी अध्ययन कर रही है, ताकि हम प्रचुर मात्रा में उपलब्ध फीडस्टॉक से अन्य उत्पाद बना सकें और आदर्श रूप से, लंबी अवधि में, मांग पर कई अलग-अलग रसायनों का उपयोग कर सकें।"
वर्तमान अध्ययन विस्तृत है प्रकृति.
