อุปกรณ์คล้ายใบไม้ที่เบาพอที่จะลอยน้ำสามารถนำไปใช้เพื่อผลิตเชื้อเพลิงจากโซลาร์ฟาร์มที่ตั้งอยู่บนแหล่งน้ำเปิด ซึ่งเป็นถนนที่ยังไม่เคยมีการสำรวจมาก่อน ตามที่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสหราชอาณาจักรกล่าว พัฒนาพวกเขา อุปกรณ์ใหม่นี้ทำจากพื้นผิวที่บางและยืดหยุ่นและชั้นดูดซับแสงที่มีเพอร์รอฟสไกต์ และการทดสอบแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถผลิตไฮโดรเจนหรือซินกาส (ส่วนผสมของไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์) ในขณะที่ลอยอยู่บนแม่น้ำแคม
ใบไม้ประดิษฐ์ประเภทนี้คือเซลล์โฟโตอิเล็กโตรเคมี (PEC) ชนิดหนึ่งที่เปลี่ยนแสงแดดให้เป็นพลังงานไฟฟ้าหรือเชื้อเพลิง โดยการเลียนแบบการสังเคราะห์ด้วยแสงบางแง่มุม เช่น การแยกน้ำออกเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจนที่เป็นส่วนประกอบ ซึ่งแตกต่างจากเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วไปที่แปลงแสงเป็นไฟฟ้าโดยตรง
เนื่องจากใบประดิษฐ์ PEC มีทั้งส่วนประกอบของการเก็บเกี่ยวแสงและการเร่งปฏิกิริยาในอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดชิ้นเดียว ดังนั้น ตามหลักการแล้วจึงสามารถนำมาใช้ผลิตเชื้อเพลิงจากแสงแดดได้ในราคาถูกและง่ายดาย ปัญหาคือเทคนิคในปัจจุบันในการทำสิ่งเหล่านี้ไม่สามารถขยายขนาดได้ ยิ่งไปกว่านั้น พวกมันมักประกอบด้วยวัสดุเทกองที่เปราะบางและหนัก ซึ่งทำให้จำกัดการใช้งาน
ในปี 2019 ทีมนักวิจัยนำโดย เออร์วิน ไรส์เนอร์ พัฒนาใบไม้เทียมที่ผลิตซินกาสจากแสงแดด คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ อุปกรณ์นี้มีตัวดูดซับแสงและตัวเร่งปฏิกิริยาสองตัว แต่ยังรวมเอาพื้นผิวกระจกหนาและการเคลือบเพื่อป้องกันความชื้น ซึ่งทำให้ยุ่งยาก
รุ่นใหม่น้ำหนักเบา
เพื่อสร้างเวอร์ชั่นใหม่ที่เบากว่า ไรส์เนอร์และเพื่อนร่วมงานต้องเอาชนะความท้าทายหลายประการ ประการแรกคือการรวมตัวดูดซับแสงและตัวเร่งปฏิกิริยาเข้ากับพื้นผิวที่ทนทานต่อการแทรกซึมของน้ำ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ พวกเขาเลือกโลหะออกไซด์แบบฟิล์มบาง บิสมัทวานาเดต (BiVO4) และเซมิคอนดักเตอร์แบบโฟโตแอกทีฟที่เรียกว่า ลีดเฮไลด์เปอร์รอฟสกี้ ซึ่งสามารถเคลือบบนพลาสติกและฟอยล์โลหะที่มีความยืดหยุ่นได้ จากนั้นจึงหุ้มอุปกรณ์ด้วยโพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลตกันน้ำชนิดหนาไมครอน ผลลัพธ์ที่ได้คือโครงสร้างที่ใช้งานได้ดีและดูเหมือนใบไม้จริง
“เราวางตัวดูดซับแสงไว้ที่กึ่งกลางของอุปกรณ์ เพื่อป้องกันพวกมันจากน้ำ” ไรส์เนอร์อธิบาย “เพอร์รอฟสไกต์ที่ไวต่อความชื้นจำเป็นต้องแยกออกจากกันโดยสิ้นเชิง”
ตัวเร่งปฏิกิริยาสะสมอยู่ที่ทั้งสองด้านของอุปกรณ์ เพอร์รอฟสกี้และ BiVO4 เก็บเกี่ยวรังสีจากแสงอาทิตย์ แต่แทนที่จะผลิตไฟฟ้าเช่นแผงเซลล์แสงอาทิตย์ พวกเขาใช้พลังงานที่เก็บเกี่ยวมาสร้างพลังงานให้กับปฏิกิริยาเคมีโดยอาศัยตัวเร่งปฏิกิริยาสนับสนุน “สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถขับเคลื่อนเคมีบนแผงโซลาร์เซลล์ได้ ในกรณีของเราคือการแปลงก๊าซเรือนกระจกคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยน้ำเพื่อผลิตซินกาส ซึ่งเป็นตัวพาพลังงานทางอุตสาหกรรมที่สำคัญ” Reisner กล่าว โลกฟิสิกส์.
นักวิจัยได้ทดสอบใบไม้ที่ลอยอยู่บนแม่น้ำแคมในเคมบริดจ์ และพบว่าใบไม้เปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นเชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพเหมือนกับใบพืชธรรมชาติ แท้จริงแล้ว อุปกรณ์ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมสามารถบรรลุกิจกรรมได้ 4,266 ครั้ง μมอล H2 g-1 h-1.
ฟาร์มเพื่อการสังเคราะห์เชื้อเพลิง
“โซลาร์ฟาร์มได้รับความนิยมในการผลิตไฟฟ้า เราจินตนาการถึงฟาร์มที่คล้ายกันสำหรับการสังเคราะห์เชื้อเพลิง” สมาชิกในทีมกล่าว เวอร์จิล อังเดร. “สิ่งเหล่านี้สามารถเป็นแหล่งที่อยู่อาศัยริมชายฝั่ง เกาะห่างไกล ปกคลุมบ่ออุตสาหกรรม หรือหลีกเลี่ยงการระเหยของน้ำจากคลองชลประทาน”
การไหลของของเหลวถูกพาไปบนพื้นผิวที่ได้แรงบันดาลใจจากใบสน
“เทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนหลายชนิด รวมถึงเทคโนโลยีเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์ สามารถใช้พื้นที่บนบกได้มาก ดังนั้นการย้ายการผลิตไปยังแหล่งน้ำเปิดหมายความว่าพลังงานสะอาดและการใช้ที่ดินจะไม่แข่งขันกันเอง” Reisner กล่าวเสริม “ตามทฤษฎีแล้ว คุณสามารถนำอุปกรณ์เหล่านี้ไปวางไว้เกือบทุกที่ในเกือบทุกประเทศ ซึ่งจะช่วยเรื่องความมั่นคงด้านพลังงานด้วย”
นักวิจัยกล่าวว่าตอนนี้พวกเขาจะขยายขนาดและปรับปรุงประสิทธิภาพและความเสถียรของอุปกรณ์ของตน “ทีมงานของเรากำลังศึกษาตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ๆ เพื่อขยายขอบเขตทางเคมีของใบไม้เทียม เพื่อให้เราสามารถผลิตผลิตภัณฑ์อื่นๆ จากวัตถุดิบตั้งต้นที่มีอยู่มากมาย และในระยะยาว สารเคมีต่างๆ มากมายตามความต้องการ” Reisner กล่าว
การศึกษาปัจจุบันมีรายละเอียดใน ธรรมชาติ.
