فتوسنتز مصنوعی می‌تواند باعث تولید هوای پاک شود

یک استاد شیمی در فلوریدا راهی برای آغاز فرایند فتوسنتز در یک ماده سنتزی یافته است که ضمن تبدیل گازهای گلخانه‌ای به هوای پاک، انرژی تولید می‌کند.

با استفاده از این فرایند، می‌توان فناوری‌ مورد نیاز را به نحوی ایجاد کرد که گازهای گلخانه‌ای مرتبط با تغییرات اقلیمی، به‌شدت کاهش پیدا کند و انرژی پاک نیز در طی آن روند تولید شود. فرناندو یورایب‌رومو، استادیار دانشگاه فلوریدا، در این باره می‌گوید:

این کار، موفقیت بسیار بزرگی است. اگر ازنقطه‌نظر علمی به آن بنگریم، ساخت موادی که رنگ خاصی از نور را جذب کند، بسیار مشکل است؛ اما از نقطه‌نظر اجتماعی، ما در توسعه‌ی فرایندی سهیم هستیم که گازهای گلخانه‌ای را کاهش خواهد داد.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال شیمی مواد A منتشر شده است. یورایب‌رومو و تیم دانشجوهایش راهی برای آغاز واکنش شیمیایی در ماده‌ای سنتزی به نام چارچوب‌های آلی-فلزی (MOF) ایجاد کرده‌اند که کربن دی‌اکسید را به مواد آلی بی‌ضرر تبدیل می‌کند. این روش در واقع، نوعی فتوسنتز مصنوعی است و دقیقا  همانند درختان که کربن دی‌اکسید و نور خورشید را به غذا تبدیل می‌کنند، توانایی تبدیل کربن دی‌اکسید به سوخت خورشیدی را دارد.

دانشمندان در سرتاسر جهان، سال‌ها به دنبال یافتن این فرایند بوده‌اند؛ اما چالش پیش روی دانشمندان در حال حاضر، یافتن راهی است که در آن نور مرئی بتواند تبدیل شیمیایی را آغاز کند. امواج فرابنفش مقدار انرژی لازم برای شروع این واکنش در مواد معمول مانند تیتانیوم دی‌اکسید را دارند. مشکل اینجا است که تنها چهار درصد از نور دریافتی زمین از خورشید، به شکل اشعه‌ی فرابنفش است. محدوده‌ی نور مرئی (طول موج‌های بنفش تا قرمز) قسمت اعظم نور خورشید دریافتی را تشکیل می‌دهد. مواد اندکی وجود دارند که می‌توانند این رنگ‌های نوری را جذب کنند و واکنشی شیمیایی که کربن دی‌اکسید را به سوخت تبدیل می‌کند، آغاز کنند.

پژوهشگران مواد بسیاری را آزمایش کردند؛ اما موادی که می‌توانند نور مرئی را جذب کنند، مانند پلاتینیوم، رنیوم و ایریدیوم، گران و نایاب هستند و باعث می‌شوند این فرایند از نظر هزینه به‌صرفه نباشد.

یورایب‌رومو از تیتانیوم که ماده‌ای معمول و غیر سمی است استفاده کرد و مولکول‌هایی آلی را که به‌عنوان آنتن جذب نور عمل می‌کنند، به تیتانیوم متصل کرد. مولکول‌های آلی جاذب نور، N-آلکیل-2-آمینو ترفتالات نامی دارند و به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که وقتی در MOF-ها قرار می‌گیرند، رنگ‌های خاصی از نور را جذب  کنند. یورایب‌مورو مولکول فوق را به‌گونه‌ای طراحی کرده است که بتواند نور آبی را جذب کند.

تیم او با استفاده از یک فتوراکتور LED آبی، این فرضیه را آزمایش کردند. مقدارهای مشخصی از کربن دی‌اکسید به‌آرامی به فتوراکتور (استوانه‌ی آبی درخشان) وارد شد تا وقوع واکنش بررسی شود. نور آبی درخشان از چراغ‌های LED داخل استوانه منتشر می‌شود و نقش طول موج آبی نور خورشید را ایفا می‌کنند.

این آزمایش موفقیت‌آمیز بود و واکنش شیمیایی صورت گرفته، کربن دی‌اکسید را به دو فرم کاهش‌یافته از کربن به نام‌های فرمات (HCO2-) و فرمامید (HCONH2) تبدیل کرد. این دو ماده نوعی از سوخت‌های خورشیدی هستند که هوای پاک تولید می‌کنند. یورایب‌رومو می‌گوید:

هدف ما این است که این روش را اصلاح کنیم تا بتوانیم مقادیر بیشتری از کربن کاهش‌یافته تولید کنیم و به بهره‌وری بیشتر برسیم.

او می‌خواهد بررسی کند که آیا با اعمال تغییراتی روی ماده‌ی سنتز شده، سایر طول‌موج‌های نور مرئی هم‌ چنین واکنشی را آغاز خواهند کرد یا خیر؟ اگر پاسخ مثبت باشد، آنگاه این روش، راهی بهینه برای کاهش گازهای گلخانه‌ای خواهد بود.

یورایب‌رومو می‌گوید:

ایده‌ی ما این است که ایستگاه‌هایی در نزدیکی مکان‌هایی مانند نیروگاه‌های برق دایر کنیم تا مقادیر زیادی کربن دی‌اکسید جذب کنند. گاز جذب‌شده وارد فرایند مذکور می‌شود و ضمن بازیافت گازهای گلخانه‌ای، انرژی تولید می‌کند و در ادامه، این انرژی به نیروگاه‌های برق تزریق خواهد شد.

شاید روزی در آینده، هر شخص بتواند سقف‌هایی ساخته‌شده از این ماده خریداری کند؛ سقف‌هایی که هوا را تصفیه و انرژی مورد نیاز خانه را تأمین می‌کنند.