ابداع سیستمی که بدون برق، هیدروژن تولید می کند
به گزارش رصد کالا، یک سیستم مبتنی بر مایع، انرژی خورشیدی را ذخیره می کند و بدون برق، هیدروژن تولید می کند.
به گزارش رصد کالا به نقل از ایسنا، نور خورشید یکی از فراوان ترین منابع انرژی روی زمین است، اما ما نمی توانیم از آن در هر کجا و هر زمان که بخواهیم استفاده نمائیم. دلیل این امر این است که ذخیره انرژی خورشیدی و انتقال آن از مناطق آفتابی به مکان هایی با نور خورشید محدود هنوز پرهزینه و ناکارآمد است.
با این وجود، تیمی از محققان حالا نشان داده اند که نور خورشید را می توان با بهره گیری از مواد شیمیایی ساده درون یک مایع ذخیره کرد و بعداً در تاریکی کامل به گاز هیدروژن تبدیل کرد. بعلاوه، این تکنیک برای انتقال انرژی به سیم، باتری یا شبکه های برق نیاز ندارد.
علاوه بر این، تابحال هیچ سیستمی با بهره گیری از مواد ساده و تجاری موجود، موفق به ذخیره انرژی خورشیدی و بعداً آزاد کردن آن به عنوان هیدروژن بدون هیچ گونه برق خارجی نشده است. تحقیقات جدید نشان داده است که این مانع بالاخره پشت سر گذاشته شده است.
تبدیل نور خورشید به الکترون های ذخیره شده
این تیم تحقیقاتی سیستم خویش را از دو ماده ارزانقیمت و آماده ساختند. اولی «نیترید کربن گرافیتی» است؛ پودری زرد رنگ که می تواند نور مرئی را جذب نماید و به عنوان یک فوتوکاتالیست عمل کند.
دومی «متاتنگستات آمونیوم» است که خوشه ای از اتم های تنگستن و اکسیژن است که می تواند چندین الکترون را دقیقا مانند یک باتری قابل شارژ کوچک قبول کند و نگه دارد. این فرایند در آبی با مقدار اندکی متانول اضافه شده اتفاق می افتد.
متانول با جذب بارهای مثبت بوجود آمده هنگام برخورد نور به نیترید کربن، نقش مهمی ایفا می کند. این امر از ترکیب سریع و ناپدید شدن الکترون ها جلوگیری می کند و به آنها اجازه می دهد تا ذخیره شوند. درنتیجه، سیستم، آب خالص را تجزیه نمی کند و به متانول به عنوان یک کمک کننده فداکار نیاز دارد.
وقتی نیترید کربن با نور آبی روشن می شود، جفت الکترون و حفره تولید می کند و الکترون ها به سرعت به خوشه های تنگستن مجاور می پرند.
با تجمع الکترون های بیشتر، رنگ محلول به صورت قابل مشاهده ای از زرد کم رنگ به آبی پررنگ تغییر می کند که نشانه واضحی بر اساس این است که اتم های تنگستن از حالت بار ۶+ به ۵+ کاهش می یابند و انرژی خورشیدی حالا به شکل شیمیایی ذخیره می شود.
این انتقال به دو دلیل اصلی به خوبی به انجام می رسد. اول این که در وضعیت اسیدی، سطح نیترید کربن بار مثبت پیدا می کند، در صورتیکه خوشه های تنگستن بار منفی دارند. بارهای مخالف، یکدیگر را جذب می کنند و دو ماده را محکم به سمت هم می کشند و به الکترون ها اجازه می دهند تا به صورت مؤثر بین آنها حرکت کنند.
دوم این که سطح انرژی آنها به خوبی با هم مطابقت دارد، بدین سبب الکترون ها می توانند به صورت طبیعی و بدون احتیاج به فشار خارجی جریان یابند. در بین چندین ماده مشابه آزمایش شده، این ترکیب تنگستن بهترین هم ترازی و عملکرد را نشان داد.
آزمایش ذخیره انرژی بدون نور
هنگامی که نور خاموش می شود، انرژی ذخیره شده از بین نمی رود. محققان برای آزاد کردن آن بسادگی یک کاتالیزور پلاتین روی کربن را به محلول تیره اضافه می کنند. پلاتین نقاطی را فراهم می آورد که الکترون های ذخیره شده می توانند با پروتون های آب ترکیب شوند و گاز هیدروژن تشکیل دهند.
به این ترتیب، جذب نور خورشید، ذخیره انرژی و تولید هیدروژن به مراحل مختلفی تقسیم می شوند و حتی می توانند در زمان های مختلف اتفاق بیفتند. بعد از یک ساعت قرار گرفتن در معرض نور، سیستم ۱۳.۵ میکرومول هیدروژن در تاریکی تولید کرد.
نرخ اوج تولید هیدروژن به ۳۲۲۰ میکرومول در هر گرم در ساعت رسید که بالاترین میزان گزارش شده برای یک سیستم فوتوکاتالیستی تاریک تابحال است. آزمایش های فضای باز زیر نور خورشید حقیقی هم کار کردند و ۹۵۴ میکرومول در هر گرم در ساعت در تاریکی تولید کردند که همه اینها بدون هیچ گونه ورودی الکتریکی انجام شد.
اندازه گیری های پیشرفته نحوه عملکرد سیستم را تأیید کردند. مطالعات انتشار نور نشان داد که الکترون ها بیشتر زنده می مانند، چونکه جایی برای رفتن دارند. طیف سنجی هم نشان داد که اتم های تنگستن الکترون ها را زیر نور جذب می کنند.
اندازه گیری های مغناطیسی گونه های کم شده تنگستن را تنها زمانیکه روشنایی رخ می داد، شناسایی نمودند. این نتایج در کنار هم تأیید کردند که انرژی خورشیدی واقعا ذخیره شده و بعداً در صورت نیاز آزاد می شود.
نویسندگان این مطالعه گفتند: این سیستم، کارآمدی قابل توجهی در ذخیره انرژی خورشیدی به شکل الکترون نشان داده است.
این فناوری باید از لابراتوار بیرون بیاید
این کار نشان داده است که انرژی خورشیدی را می توان بدون مخازن فشار بالا، سرمای شدید یا برق، به شکل مایع جذب، ذخیره، منتقل و بعداً به هیدروژن تبدیل کرد.
اگر آزمایش های آینده ثابت کنند که الکترون های ذخیره شده به جای ساعت ها، برای هفته ها پایدار می مانند، این رویکرد می تواند انرژی خورشیدی برداشت شده در مناطق غنی از خورشید را به نقاط تاریک تر جهان منتقل کند و دقیقا در زمان احتیاج به سوخت تبدیل کند.
با این وجود، روش فعلی محدودیت هایی هم دارد. به عنوان مثال، این سیستم به جای آب خالص به متانول متکی است و ذخیره سازی طولانی مدت فراتر از مقیاس های زمانی آزمایشگاهی هنوز اثبات نشده است.
امیدواریم تحقیقات آینده این محدودیت ها را برطرف کند و در نهایت انتقال انرژی خورشیدی را از یک مفهوم امیدوارکننده به یک تکنولوژی عملی در دنیای حقیقی تبدیل کند.
این مطالعه در مجله Advanced Materials انتشار یافته است.
به طور خلاصه تحقیقات جدید نشان داده است که این مانع بالاخره پشت سر گذاشته شده است. اول اینکه در وضعیت اسیدی، سطح نیترید کربن بار مثبت پیدا می کند، در صورتی که خوشه های تنگستن بار منفی دارند. این مطالعه در مجله Advanced Materials منتشر شده است.
منبع: rasadkala.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب