جامعة ييل الأمريكية تطور ورقة شمسية اصطناعية لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ميثانول

أخبار ar.wedoany.com، طور فريق بحثي من جامعة ييل (Yale University) نظامًا للورقة الشمسية الاصطناعية يعمل بالكامل بالطاقة الشمسية دون الحاجة إلى كهرباء خارجية، ويحول ثاني أكسيد الكربون والماء مباشرة إلى ميثانول، مما يوفر مسارًا تقنيًا جديدًا لتقنيات التمثيل الضوئي الاصطناعي.

على عكس الأنظمة التحفيزية الجزيئية المبكرة التي كانت تنتج فقط منتجات بسيطة مثل أول أكسيد الكربون، يحقق هذا الجهاز تخليق الميثانول عبر مسار تفاعل معقد من ستة إلكترونات، وتكون كفاءة تحويل ضوء الشمس إلى ميثانول أعلى بكثير من أنظمة الأوراق الاصطناعية المماثلة. يمكن تخزين منتج الوقود السائل لفترات طويلة ونقله عبر البنية التحتية الحالية، مما يمنح هذه التقنية ميزة إضافية.

يقود المشروع جامعة ييل، ويضم شركاء من جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل (University of North Carolina-Chapel Hill) وجامعة ولاية نورث كارولينا (North Carolina State University) وجامعة بنسلفانيا (University of Pennsylvania). كما يخدم العمل البحثي الهدف العام لـ "مركز الأساليب الهجينة للطاقة الشمسية لإنتاج الوقود السائل" (Center for Hybrid Approaches in Solar Energy to Liquid Fuels، اختصارًا CHASE) الممول اتحاديًا.

يجمع القلب التحفيزي لنظام الورقة الاصطناعية هذا بين تقنيتين طورهما فريق البروفيسور هايليانغ وانغ (Hailiang Wang) من جامعة ييل على مدى سنوات. الابتكار الأول هو محفز متخصص تم إطلاقه في عام 2019، ويتم تحضيره عن طريق تثبيت جزيئات الفثالوسيانين الكوبالت (cobalt phthalocyanine) على أنابيب نانوية كربونية، حيث تعمل الأنابيب النانوية الكربونية كـ "طريق سريع للإلكترونات" لتزويد المواقع النشطة بالإلكترونات باستمرار. أما الاختراق الثاني فهو قطب ضوئي جديد طوره طالب الدكتوراه بو شانغ (Bo Shang)، ويعتمد على هياكل أعمدة سيليكونية دقيقة مطلية بمادة كربونية من الفوليرين، مما يحسن كفاءة فصل الشحنة ونقل الإلكترونات، ويزيد من مساحة السطح التفاعلية.

أشار الفريق البحثي إلى أن هذين الجزأين من النظام يشكلان معًا أحد أكثر أجهزة التحويل الكهروضوئي الضوئي السيليكوني كفاءة لتوليد الميثانول التي تم الإبلاغ عنها حتى الآن. أمضى شانغ خمس سنوات في تطوير هذا النظام المستقل من خلال برنامج CHASE، وأكد أنه تم إنتاج وقود قابل للاستخدام من ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون.

يواصل الفريق حاليًا تحسين تصميم الورقة الاصطناعية لزيادة الكفاءة والمتانة. من المتوقع أن تدعم هذه التقنية في المستقبل جهود إعادة تدوير الكربون الصناعية، وتوفير وقود سائل متجدد منخفض الانبعاثات لقطاعي النقل والصناعة. يرى العلماء أنه لا تزال هناك عقبات تقنية كبيرة قبل النشر التجاري، لكن هذه النتيجة تظهر مسارًا عمليًا لنقل التمثيل الضوئي الهندسي من المختبر إلى تقنية طاقة قابلة للتوسع.

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com