ساخت برگ مصنوعی که نور خورشید، دی اکسید کربن و آب را به گاز سنتز تبدیل می‌کند

با اینکه برگ ظاهر ساده ای دارد اما درون آن یک کارخانه پیچیده نهفته است که نور خورشید و دی اکسید کربن را به انرژی مورد نیاز گیاه تبدیل می کند. می توان با ساخت برگ مصنوعی که خصوصیاتی شبیه برگ واقعی دارد، از آن به عنوان منبع انرژی پاک و یا حتی برای تولید سوخت استفاده کرد. محققان دانشگاه کمبریج برگی مصنوعی ساخته اند که می تواند بدون آزاد کردن گاز دی اکسید کربن، گاز سنتز (Syngas) تولید کند.

گاز سنتز از هیدروژن و مونواکسید کربن (و برخی اوقات مقدار ناچیزی دی اکسید کربن) تشکیل شده است. از نظر فنی می توان این گاز را برای تولید انرژی الکتریکی یا گاز مورد نیاز برای روشنایی و گرما سوزاند، ولی این گاز بیشتر نقش یک میانجی را در تولید محصولاتی همچون پلاستیک، کود و همچنین سوخت هایی مثل گازوئیل بازی می کند. متاسفانه تولید این گاز، دی اکسید کربن را وارد جو می کند.

«ایروین رایزنر» (Erwin Reisner)، نویسنده ارشد مقاله ساخت برگ مصنوعی می گوید نام گاز سنتز خیلی کم به گوشمان خورده ولی با محصولاتی که به کمک آن تولید شده اند زیاد سر و کار داریم.

محققان دانشگاه کمبریج نمونه اولیه یک برگ مصنوعی را ساخته اند که توانایی تولید گاز سنتز از طریق فتوسنتز را دارد. در این وسیله دو چراغ جذب کننده از جنس کانی پروسکایت (Perovskite) و یک کاتالیزور از جنس کبالت قرار گرفته است.

زمانی که جذب کننده و کاتالیزور در آب قرار می گیرند یک طرف اکسیژن تولید کرده و طرف دیگر دی اکسید کربن و آب را کاهش داده و آنها را به مونواکسید کربن و هیدروژن تبدیل می کند. این دو گاز با ترکیب شدن در یکدیگر گاز سنتز تولید می کنند.

تیم دانشگاه کمبریج با اشاره به اینکه تکنولوژی ابداعی آنها حتی در محیط های کم نور همانند روزهای ابری و بارانی نیز به خوبی کار می کند، دلیل انتخاب کانی پروسکایت را توانایی بالای آن در جذب نور و همچنین تولید ولتاژ عنوان کرد. علت استفاده از این کانی در پنل های خورشیدی نیز همین مورد است. فلز کبالت نیز که در کاتالیزور به کار رفته، کم هزینه بوده و بازده بیشتری نسبت به مواد دیگر در تولید مونواکسید کربن دارد.

با این وجود اما نرخ بازدهی تبدیل در برگ مصنوعی مورد بحث بسیار پایین بوده و هیدروژن را با بهره وری 0.06 درصد و مونواکسید کربن را با بهره وری 0.02 درصد تولید می کند.

این برگ مصنوعی در کنار دیگر برگ های مصنوعی تولید شده قرار خواهد گرفت که به منظور تولید محصولاتی مثل برق، دارو، کود و سوخت های هیدروژنی ساخته شده اند. «رایزنر» با اشاره به اینکه او و تیمش در قدم بعدی به جای تولید گاز سنتز و سپس تبدیل آن به سوخت مایع، به دنبال تولید سوخت مایع از آب و گاز دی اکسید کربن در یک مرحله هستند، می گوید:

«تقاضای زیادی برای سوخت های مایع برای سوخت رسانی به سیستم های حمل و نقل سنگین مثل کشتیرانی و هوایی وجود دارد.»

یافته های تحقیق مورد بحث در ژورنال Nature Materials منتشر شده است.