سمسون

دانشمندان ژاپنی موفق به ساخت مثالای اولیه از یک رآکتور شده‌اند که می‌تواند از نور خورشید و آب، سوخت هیدروژن تجدیدپذیر تشکیل کند. این رآکتور با مساحت ۱۰۰ متر مربع، از صفحات فتوکاتالیست برای جداسازی اتم‌های اکسیژن و هیدروژن حاضر در مولکول‌های آب منفعت گیری می‌کند و درنتیجه هیدروژن را برای به‌کارگیری به‌گفتن سوخت بیرون می‌کشد.

اگرچه فناوری تازه تا این مدت در مرحله های اولیه‌ی گسترش قرار دارد، پژوهشگران امیدوارند که با طراحی فتوکاتالیست‌های کارآمدتر، بتوان سوخت هیدروژن را با هزینه‌ای کمتر و به شکلی پایدار تشکیل کرد. یافته‌های این پژوهش در مجله Frontiers in Science انتشار شده است.

کازوناری دومن، استاد شیمی در دانشگاه شینشو ژاپن، در توضیح این دستاورد به لایوساینس می‌گوید: «تجزیه آب با منفعت گیری از نور خورشید و فتوکاتالیست یکی از بهترین راه حلها برای تبدیل و ذخیره انرژی خورشیدی به شکل شیمیایی است. اگرچه پیشرفت‌های تازه در این حوزه امیدبخش بوده‌اند، تا این مدت چالش‌های تعداد بسیاری پیش روی ما قرار دارد.»

پژوهشگران برای تسلط بر محدودیت‌ها، در پروژه‌ی خود یک فتوکاتالیست تازه با فرآیند دو مرحله‌ای طراحی کردند. در مرحله اول، اکسیژن جدا و در مرحله بعدی، هیدروژن استخراج می‌بشود. این طراحی به آن‌ها امکان داد رآکتوری بسازند که در طی سه سال به‌طور مداوم کار کرد. دلنشین این است که کارکرد رآکتور در نور طبیعی خورشید حتی بهتر از آزمایش‌های مبتنی‌بر نور فرابنفش می بود.

تاکاشی هیساتومی، پژوهشگر در دانشگاه شینشو و نویسنده‌ی مهم مطالعه می‌گوید: «با منفعت گیری از فتوکاتالیستی که به نور فرابنفش حساس است، بازدهی تبدیل انرژی خورشیدی در نور طبیعی خورشید نزدیک به ۱٫۵ برابر زیاد تر شد.» او گفت که نور استاندارد همانند‌سازی‌شده در آزمایش‌ها از طیفی منفعت گیری می‌کند که برای عرض‌های جغرافیایی بالاتر مناسب است. با‌این‌حال، در مناطقی که نور خورشید طول‌موج‌های مختصر‌تری دارد، بازدهی سیستم می‌تواند حتی زیاد تر باشد.

با وجود پیشرفت‌ها، بازدهی جاری فناوری تا این مدت برای کاربردهای تجاری کافی نیست. هیساتومی پافشاری می‌کند: «بازدهی این فرآیند در نور استاندارد همانند‌سازی‌شده، حداکثر یک درصد است و در نور طبیعی خورشید حتی به پنج درصد هم نمی‌رسد.»

پژوهشگران برای افزایش بازدهی، از دانشمندان دیگر خواست کرده‌اند که روی طراحی فتوکاتالیست‌های بهینه‌تر و ساخت رآکتورهای بزرگ‌تر کار کنند. این چنین، ایمنی فرآیند نیز زیاد مهم است؛ چون تشکیل هیدروژن می‌تواند گاز اکسی‌هیدروژن تشکیل کند که خاصیت انفجاری دارد. خوشبختانه، فرآیند دو مرحله‌ای به‌کار‌رفته در فناوری تازه امکان دفع ایمن این گاز را فراهم می‌کند.

کازوناری دومن در آخر افزود: «آنچه بیشتر از همه اهمیت دارد، افزایش بازدهی تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی شیمیایی است. اگر بازدهی به سطح عملی ارتقا یابد، دقت پژوهشگران به تشکیل زیاد، جداسازی گازها و ساخت نیروگاه‌های بزرگ جلب خواهد شد. این پیشرفت نه‌تنها نگاه سیاست‌گذاران به انرژی خورشیدی را تحول می‌دهد، بلکه زیرساخت‌ها، قوانین و مقررات مرتبط با سوخت‌های خورشیدی را نیز با شدت بیشتری گسترش خواهد داد.»