اقتصاد دانش بنیان

نکاتی درباره مزایای فتوسنتز مصنوعی

يک شيميدان در ايالت فلوريدا، راهي براي آغاز فتوسنتز مصنوعي در مواد سنتزي يافته که ميتواند همزمان گازهاي گلخانه اي را به هواي پاک و انرژي سبز بدل سازد. اين فرايند پتانسيل بسيار خوبي براي ايجاد يک فناوري جديد دارد که به کاهش گازهاي گلخانهاي مرتبط با تغييرات اقليمي ميانجامد، در حالي که بدون ايجاد آلودگي، راهي براي توليد انرژي باز ميکند. دکتر اوريب رومو، استاديار دانشگاه مرکزي فلوريدا، درباره اين ابداع ميگويد: «اين کار قدمي مهم و رو به جلو است. يافتن موادي که بتوانند يک رنگ ويژه از نور را جذب کنند، از ديدگاه علمي بسيار دشوار است، اما از ديدگاه اجتماعي ما وظيفه داريم براي حفظ زمين و تندرستي نسل آينده هر طور که ممکن است، يک فناوري را توسعه دهيم که گازهاي گلخانه اي را کاهش دهد.»

پايه واکنش

نتايج اين مطالعه در مجله The Journal Of Materials Chemistry به چاپ رسيده است. دکتر رومو و تيمش راهي را يافته اند تا واکنشي شيميايي را در مادهاي سنتزي به نام چهارچوب فلزي - زيستي يا MOF که سبب شکسته شدن دي اکسيدکربن به مادهاي بي خطر يا کم خطر ميشود، کاتاليز کنند. ميتوان به اين فرايند نام فتوسنتز مصنوعي داد؛ روشي مشابه فتوسنتز يا آنچه گياهان انجام ميدهند و در طي آن دياکسيد کربن (يکي از متهمان اصلي در پديده گرم شدن اقليم زمين و ايجادکننده اثر گلخانه اي) به کمک انرژي نور خورشيد و فتوليز مولکول آب به قند تبديل و اکسيژن به محيط اضافه ميشود؛ به بيان ديگر همان چيزي که حيات و ادامه آن را روي کره زمين ممکن ميسازد. در روش ابداعي به جاي قند، سوخت خورشيدي ايجاد ميشود.

اين همان چيزي است که دانشمندان در سراسر دنيا سالهاست به دنبالش هستند. چالش اساسي يافتن مکانيسمي است که نور مرئي بتواند سبب آغاز واکنش شيميايي مورد نظر شود. تابشهاي فرابنفش پرقدرت هستند و ميتوانند سبب آغازش واکنش شيميايي در دستهاي از مواد معمولي مانند دياکسيد تيتانيوم شوند. مشکل اينجاست که تابشهاي فرابنفش تنها 4 درصد نوري را تشکيل ميدهند که زمين از آفتاب دريافت ميکند. طيف مرئي نور که از بنفش تا قرمز متغير است، بخش اعظم تشعشعات خورشيدي را شامل ميشود، اما مواد کمي وجود دارند که ميتوانند اين رنگهاي نور را جذب کنند و سبب آغازش واکنشي شوند که دياکسيد کربن را به سوخت بدل ميسازد. پژوهشگران بازهاي از مواد مختلف را امتحان کرده اند، اما آنهايي که نور مرئي را جذب ميکنند شامل ترکيباتي نادر و گرانقيمت مانند پلاتين، رنيوم و ايريديم هستند که سبب هزينه بر شدن اين پژوهشها ميشود.

تيم مطالعاتي از تيتانيم به عنوان ترکيب فلزي غيرسمي و متداول استفاده کردند و مولکولهاي زيستي را که مانند آنتنهاي جمع آوري نور عمل ميکنند، به آن اضافه کردند تا ببينند اين ساختار کار ميکند. مولکول جمعآوري نور N-alkyl-2-aminoterephthalates نام دارد و ميتوان آن را به صورتي تنظيم کرد که رنگهايي خاص را در تلفيق با چهارچوب فلزي - زيستي جذب کند. در اين مطالعه آنها از رنگ آبي استفاده کردند. براي تست تئوريهايشان گروه از فتوراکتور الايدي رنگ آبي استفاده کردند. ميزان دي اکسيد کربن که مقدار آن اندازه گيري شده بود، بهآرامي به فتوراکتور تزريق شد تا روشن شود آيا واکنش انجام ميگيرد يا خير. راکتور الايدي به صورت يک اتاقک سيلندريشکل طراحي شد. نور آبيرنگ لامپهاي الايدي اثر نور خورشيد را در داخل اتاقک پژوهشي تقليد ميکند. واکنش انجام شد و دياکسيد کربن به دو فرم احياشده کربني به نام فورمات و فورماميد (دو نوع از سوختهاي خورشيدي) بدل گشت و همزمان از غلظت دياکسيد کربن کاسته شد که معناي ديگر آن پاکيزگي بالاتر هواست.

دکتر رومو ميگويد: «هدف نهايي تنظيم دقيق اين فرايند است به گونهاي که بتوان ميزان بالاتري از کربن احياشده توليد کرد تا عملکرد نهايي سيستم بالا برود.» او و همکارانش قصد دارند بفهمند آيا ساير طول موجهاي نور مرئي هم ميتوانند با تنظيماتي در ماده سنتزي سبب آغازش چنين واکنشي شوند؟ اگر چنين پديدهاي ممکن شود، اين فرايند ميتواند به مسيري پراهميت براي کاهش گازهاي گلخانه اي تبديل شود. در آن صورت راهکار پيشنهادي نصب ايستگاههايي بزرگ براي جذب حجم زيادي دياکسيد کربن مثلا در نزديکي يک نيروگاه برق است. گازهاي خروجي از نيروگاه ميتواند وارد چنين سيستمي شود و با تصفيه و بازيافت دياکسيد کربن فرايندسازي شود. نتيجه حذف دياکسيد کربن و توليد انرژي خواهد بود. شايد روزي روي سقف تمام خانهها تجهيزاتي نصب شوند که از يک سمت هوا را تصفيه ميکنند و از سوي ديگر انرژي پاک براي مصارف خانگي فراهم ميآورند. براي اين کار نياز به توسعه اين فناوري و زيرساختهايي است که در آينده پا به عرصه خواهند گذاشت. 

منبع: مجله بنیان