מכשירים דמויי עלים שהם קלים מספיק כדי לצוף על המים יכולים לשמש להפקת דלק מחוות סולאריות הממוקמות על מקורות מים פתוחים - שדרה שלא נחקרה בעבר, על פי החוקרים מאוניברסיטת קיימברידג' בבריטניה. פיתחו אותם. המכשירים החדשים עשויים ממצעים דקים וגמישים ושכבות סופגות אור המבוססות על פרוסקיט, ובדיקות הראו שהם יכולים לייצר מימן או סינגז (תערובת של מימן ופחמן חד חמצני) תוך כדי ציפה על הנהר קאם.
עלים מלאכותיים כמו אלה הם סוג של תא פוטו-אלקטרוכימי (PEC) שהופך את אור השמש לאנרגיה חשמלית או לדלק על ידי חיקוי היבטים מסוימים של הפוטוסינתזה, כגון פיצול מים לחמצן ומימן המרכיבים אותם. זה שונה מתאי פוטו-וולטאיים רגילים, הממירים אור ישירות לחשמל.
מכיוון שעלים מלאכותיים של PEC מכילים גם רכיבי קציר קל וגם רכיבי קטליזה במכשיר קומפקטי אחד, הם יכולים לשמש באופן עקרוני להפקת דלק מאור השמש בזול ופשוט. הבעיה היא שאי אפשר להגדיל את הטכניקות הנוכחיות להכנתן. יתרה מכך, לרוב הם מורכבים מחומרים שבירים וכבדים בתפזורת, מה שמגביל את השימוש בהם.
בשנת 2019 צוות חוקרים בראשות ארווין רייזנר פיתח עלה מלאכותי שיצר גז סינת מאור השמש, פחמן דו חמצני ומים. מכשיר זה הכיל שני בולמי אור וזרזים, אך הוא שילב גם מצע זכוכית עבה וציפויים להגנה מפני רטיבות, מה שהפך אותו למסורבל.
גרסה חדשה וקלת משקל
כדי ליצור את הגרסה החדשה והקלה יותר, רייזנר ועמיתיו היו צריכים להתגבר על כמה אתגרים. הראשון היה שילוב בולמי אור וזרזים במצעים עמידים בפני חדירת מים. לשם כך, הם בחרו בתחמוצת מתכת סרט דק, ביסמוט ונדאט (BiVO4), ומוליכים למחצה פוטו-אקטיביים הידועים כ-Lead Halide Perovskites, שניתן לצבוע על גבי ניירות פלסטיק ומתכת גמישים. לאחר מכן הם כיסו את המכשירים בפוליאתילן טרפתלט דוחה מים בעובי מיקרון. התוצאה הייתה מבנה שעובד ונראה כמו עלה אמיתי.
"הצבנו את בולמי האור במרכז המכשירים, כדי להגן עליהם מפני מים", מסביר רייזנר. "הפרוסקיט הרגיש ללחות צריך להיות מבודד לחלוטין."
הזרזים מופקדים משני צידי המכשיר. הפרובסקיטים ו-BiVO4 קוטפים קרינת שמש, אבל במקום לייצר חשמל כמו פאנל פוטו-וולטאי, הם משתמשים באנרגיה שנקטפה כדי להפעיל תגובה כימית בתמיכת הזרזים. "זה מאפשר לנו למעשה להניע כימיה על פאנל סולארי - במקרה שלנו, המרת גז החממה פחמן דו חמצני במים לייצור גז סינת, נושא אנרגיה תעשייתי חשוב", אומר רייזנר עולם הפיזיקה.
החוקרים בדקו את העלים שלהם צפים על נהר קאם בקיימברידג' ומצאו שהם ממירים את אור השמש לדלקים ביעילות כמו עלי צמחים טבעיים. ואכן, מכשיר המכיל זרז פלטינה השיג פעילות של 4,266 μמול H2 g-1 h-1.
חוות לסינתזת דלק
"חוות סולאריות הפכו פופולריות לייצור חשמל; אנו מדמיינים חוות דומות לסינתזת דלק", אומר חבר צוות וירג'יל אנדריי. "אלה יכולים לספק יישובי חוף, איים מרוחקים, לכסות בריכות תעשייתיות, או למנוע אידוי מים מתעלות השקיה".
זרימת הנוזל מנווטת על משטח בהשראת עלי עצי מחט
"טכנולוגיות רבות של אנרגיה מתחדשת, כולל טכנולוגיות דלק סולארי, יכולות לתפוס כמויות גדולות של שטח ביבשה, כך שהעברת הייצור למים פתוחים יגרום לכך שאנרגיה נקייה ושימוש בקרקע אינם מתחרים זה בזה", מוסיף רייזנר. "בתיאוריה, אתה יכול לגלגל את המכשירים האלה ולהציב אותם כמעט בכל מקום, כמעט בכל מדינה, מה שיעזור גם לאבטחת אנרגיה."
החוקרים אומרים שהם יעבדו כעת על הגדלה ושיפור היעילות והיציבות של המכשירים שלהם. "הצוות שלנו גם בוחן זרזים חדשים כדי להרחיב את היקף הכימיה של עלים מלאכותיים כדי לאפשר לנו לייצר מוצרים אחרים מחומרי הזנה בשפע ובאופן אידיאלי, בטווח הארוך, כימיקלים רבים ושונים לפי דרישה", אומר רייזנר.
המחקר הנוכחי מפורט ב טבע.
