به گزارش خبرگزاری ایمنا، گروهی از محققان دانشگاه متروپولیتن اوساکا در ژاپن از توسعه یک سامانه نوین فتوسنتز مصنوعی خبر دادهاند که بدون استفاده از باتری قادر به تولید سوخت خورشیدی است. این فناوری با بهرهگیری از یک الکترولایزر هوشمند و خودتنظیم، پیچیدگی و هزینه سامانههای متداول را کاهش داده و در عین حال پایداری تولید سوخت را افزایش میدهد.
فتوسنتز مصنوعی فرایندی است که تلاش میکند عملکرد طبیعی گیاهان را شبیهسازی کند. در این روش، انرژی نور خورشید برای تبدیل آب و دیاکسیدکربن به ترکیبات غنی از انرژی استفاده میشود. یکی از مهمترین محصولات این فرایند، اسید فرمیک است؛ مادهای شیمیایی که میتواند بهعنوان سوخت و همچنین روشی برای ذخیره انرژی مورد استفاده قرار گیرد.
چالش بزرگ سامانههای فتوسنتز مصنوعی
در قلب سامانههای فتوسنتز مصنوعی، دستگاهی به نام الکترولایزر قرار دارد که برق تولیدشده توسط سلولهای خورشیدی را به انرژی شیمیایی تبدیل میکند؛ این انرژی سپس در قالب موادی همچون اسید فرمیک ذخیره میشود.
یکی از مشکلات اصلی این فناوری، تغییر شدت نور خورشید در طول روز است. کاهش یا افزایش تابش خورشید میتواند بازده سامانه را تحت تأثیر قرار دهد، به همین دلیل بسیاری از سامانههای موجود از فناوری «ردیابی نقطه حداکثر توان» یا MPPT استفاده میکنند؛ روشی که بهطور مداوم ولتاژ و جریان را تنظیم میکند تا سلولهای خورشیدی بیشترین توان ممکن را تولید کنند.
اما این سامانههای کنترلی بیشتر به باتریها، مبدلهای الکترونیکی و تجهیزات اضافی نیاز دارند که علاوه بر افزایش هزینه، طراحی و نگهداری سیستم را نیز پیچیدهتر میکنند.
الکترولایزری که خودش را تنظیم میکند
برای حل این مشکل، تیمی از پژوهشگران به سرپرستی «یاسوئو ماتسوبارا» و «یوتاکا آمائو» در مرکز تحقیقات فتوسنتز مصنوعی دانشگاه متروپولیتن اوساکا، با همکاری شرکت Iida Group Holdings ساختار الکترولایزر را بازطراحی کردند.
نوآوری اصلی این گروه، استفاده از یک الکترولیت جامد ویژه درون خود دستگاه است. این طراحی موجب شده الکترولایزر بتواند بدون نیاز به مدارهای کنترلی خارجی، عملکرد MPPT را بهطور خودکار انجام دهد.
در این سامانه، با افزایش شدت نور خورشید، دمای الکترولایزر نیز بالا میرود. این افزایش دما موجب کاهش مقاومت الکتریکی دستگاه میشود و جریان برق آسانتر عبور میکند. در نتیجه، سیستم بهطور طبیعی و بدون دخالت تجهیزات جانبی، خود را با شرایط محیطی تطبیق میدهد.
به گفته پروفسور آمائو، این رفتار خودتنظیمگر موجب میشود تولید سوخت در طول روز پایدارتر باقی بماند و وابستگی به باتریها و تجهیزات گرانقیمت به حداقل برسد.
تولید پایدار سوخت در شرایط واقعی
پژوهشگران برای ارزیابی عملکرد فناوری جدید، آن را در شرایط واقعی فضای باز آزمایش کردند. نتایج نشان داد سامانه حتی در شرایطی که شدت تابش خورشید بهطور مداوم تغییر میکند، قادر است بهصورت پایدار اسید فرمیک را از آب و دیاکسیدکربن تولید کند.
ماتسوبارا اعلام کرد این فناوری پیشتر در نمایشگاه مشترک دانشگاه متروپولیتن اوساکا و گروه Iida در اکسپوی ۲۰۲۵ اوساکا-کانسای به نمایش گذاشته شده بود. در آن نمایشگاه، سامانه موفق شد مقدار کافی اسید فرمیک تولید کند تا انرژی مورد نیاز یک ماکت نمایشی کوچک را تأمین کند.
گامی مهم به سوی انرژی پاک
کارشناسان معتقدند حذف باتری از سامانههای فتوسنتز مصنوعی میتواند تأثیر قابل توجهی بر کاهش هزینه تولید سوختهای خورشیدی داشته باشد. از سوی دیگر، سادهتر شدن ساختار این تجهیزات، امکان توسعه تجاری و استفاده گستردهتر از آنها را افزایش میدهد.
در شرایطی که جهان به دنبال راهکارهای جدید برای کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی و کاهش انتشار گازهای گلخانهای است، فناوریهایی همچون فتوسنتز مصنوعی میتوانند نقش مهمی در آینده انرژی ایفا کنند. دستاورد جدید پژوهشگران ژاپنی نیز نشان میدهد تولید سوخت پاک از نور خورشید، آب و دیاکسیدکربن بیش از هر زمان دیگری به کاربردهای عملی و روزمره نزدیک شده است.
نتایج این پژوهش در نشریه علمی EES Solar منتشر شده است و محققان امیدوارند در آینده از این فناوری برای تأمین انرژی تجهیزات خانگی و سامانههای ذخیرهسازی انرژی در مقیاس بزرگ استفاده شود
نظر شما