تجزیه آب و نور خورشید به هیدروژن و جریان الکتریسیته (+عکس)

موبنا – یکی از معمول‌ترین روش‌های تولید هیدروژن برای سلول‌های سوختی استفاده از فتوسنتز مصنوعی است آب به هیدروژن و اکسیژن تبدیل شود. با این وجود دستگاه‌هایی که این کار را انجام می‌دهند مشکلات فراوانی را پیش روی خود می‌بینند و هنوز نمی‌توان از آنها به صورت گسترده بهره برد. هم اکنون گروهی از محققان موفق به ساخت دستگاه هیبریدی جدیدی شده‌اند که می‌تواند انرژی را بازیابی کند و با تولید هیدروژن و الکتریسیته، از هدر رفتن آن جلوگیریک کند.

گام‌های بزرگی که در سال‌های اخیر در زمینه تولید هیدروژن از فتوسنتز مصنوعی برداشته شده بسیار قابل ملاحظه است که در نهایت می‌تواند به بهبود بهره‌وری، کاهش هزینه‌ها و توسعه سیستم‌های هوشمند از جمله کنترل هیدروژن از آب‌های جاری بیانجامد.

ولی باید توجه داشت با وجود این پیشرفت‌ها، بازدهی سیستم‌هایی که تاکنون ساخته شده است چندان قابل ملاحظه نیست. بسیاری از دستگاه‌های فتوسنتز مصنوعی فقط می‌توانند درصد بسیار اندکی از نور خورشید که به زمین تابیده است را مورد استفاده قرار دهند و این در حالی است که سیستم‌های معمول فتوولتائیک قادرند به صورت منظم ۲۰ درصد نور خورشید را تبدیل کنند و در برخی موارد این امکان برای آنها در نظر گرفته شده است که توان این سیستم‌ها تا ۴۵ درصد هم افزایش یابد. با این وجود محققان آزمایشگاه برکلی با همکاری مرکز فتوسنتز مصنوعی (JCAP) به این نتیجه رسیده‌اند که اجرای غیرسیلیکونی دستگاه‌های تجزیه آب، میزان اثربخشی سیلیکون را کاهش می‌دهند.

«گیدئون سگف» مدیر این تحقیقات گفت: «دستگاه‌هایی که تاکنون ساخته شده‌اند مانند این هستند که شما مجبور باشید اتومبیل خود را همواره با دنده یک برانید. این همان انرژی است که شما می‌توانید مورد استفاده قرار دهید. ولی چون سیلیکون در قدرت حداکثر خود عمل نمی‌کند، بیشتر الکترون‌های منتشر شده در سیلیکون مکانی برای انتقال پیدا کردن ندارند و بنابراین انرژی خود را از دست می‌دهند و نمی‌توان به صورت مفید از آنها استفاده کرد».

ولی راه‌حل این مشکل که هم اکنون محققان در بررسی‌های جدید خود به آن رسیده‌اند بسیار شگفت‌آور است. بر این اساس محققان این پرسش را مطرح کرده‌اند که چرا نباید به الکترون‌ها اجازه خروج بدهیم؟ برای رسیدن به این هدف محققان یک ارتباط الکتریکی ثانوی برقرار کرفده‌اند که به قسمت پشت دستگاه‌های سلیکونی اضافه می‌شود. این تقسیم جریان تولید شده توسط نور خورشید این امکان را فراهم می‌کند تا برخی از جریان‌های کننی بتوانند به راحتی آب را به هیدروژن و اکسیژن تقسیم کنند و در بخش دیگر بتوانند انرژی الکتریسیته تولید کنند. دانشمندان این دستگاه جدید را سلول الکترمغناطیسی و ولتاژ (HPEV) نامگذاری کردند.

محققان با بررسی‌های خود به این نتیجه رسیدند که دستگاه فتوسنتز مصنوعی از سیلیکون و ماده شیمیایی بیسموت استفاده می‌کند تا کارایی خود را بتواند معادل ۶.۸ درصد افزایش دهد. در مقایسه با آنها، دستگاه HPEV که از همان قطعات بهره‌مند شده است می‌تواند ۱۳.۴ درصد از انرژی خورشیدی را به جریان الکتریسیته تبدیل کند. اگر این دو دستگاه با یکدیگر ترکیب شوند نتیجه نهایی این خواهد بود که ۲۰.۲ درصد از انرژی خورشید به جریان الکتریسیته تبدیل خواهد شد.