ด้วยวัสดุใหม่สังเคราะห์ด้วยแสงเทียม

วิธีการใหม่จะมีความสำคัญมากในการได้รับพลังงาน

คุณอาจเคยได้ยินเกี่ยวกับกระบวนการที่พืชและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ เปลี่ยนแสงแดดเป็นพลังงานเคมี ต้องขอบคุณการสังเคราะห์ด้วยแสง กระบวนการที่พืชหรือสาหร่ายปล่อยออกซิเจน (O 2 ) และกินคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2 ) ) สิ่งมีชีวิตบนโลกยังคงมีอยู่ แต่ถ้าเราสามารถทำซ้ำวิธีธรรมชาติในการรับพลังงานได้

กลุ่มนักวิจัยจาก Institute of Chemistry (IQ) ของ State University of Campinas (Unicamp) ได้พัฒนาวัสดุในระดับนาโนเมตร (หนึ่งในพันล้านส่วนของเมตร) เพื่อพยายามสังเคราะห์แสงโดยมีวัตถุประสงค์หลักในการผลิตพลังงาน

Jackson Dirceu Megiatto Júnior ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยแจ็คสัน Dirceu Megiatto Júnior กล่าวว่า "จากความรู้ที่มีอยู่ของระบบสังเคราะห์แสงตามธรรมชาติที่ดำเนินการโดยพืช เรากำลังพยายามสร้างจุดที่จำเป็นสำหรับฟังก์ชันการสังเคราะห์แสงในวัสดุเทียม IQ ของ Unicamp ถึงหน่วยงาน FAPESP

แนวคิดของการสังเคราะห์ด้วยแสงประดิษฐ์เริ่มต้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 แต่เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการพิจารณาว่าเป็นไปได้ด้วยความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์บางอย่างที่อนุญาตให้ใช้พลังงานแสงอาทิตย์และน้ำในการผลิตก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจนในห้องปฏิบัติการ ตามที่ผู้กำกับ Megiatto

ของนวัตกรรม บางทีสิ่งหลักอาจเป็นวัสดุเร่งปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาเมื่อถูกกระตุ้นโดยพลังงานแสงอาทิตย์ ทำลายโมเลกุลของน้ำให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน

แผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนยังได้รับการพัฒนา เปิดโอกาสในการเชื่อมต่อวัสดุโฟโตแอกทีฟเหล่านี้กับเซลล์เชื้อเพลิงแบบเดิม นั่นคือเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เปลี่ยนสารเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยการรวมไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจนเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโมเลกุลของน้ำอีกครั้ง อ้างอิงจากส Dirceu Megiatto ความท้าทายคือการเชื่อมต่อวัสดุเข้ากับเซลล์เชื้อเพลิง “ถ้าเราสามารถใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจนที่ผลิตโดยวัสดุใหม่ในเซลล์เชื้อเพลิง ก็จะสามารถผลิตน้ำและไฟฟ้าได้อีกครั้ง และปิดวงจรการสังเคราะห์ด้วยแสงเทียม” เขากล่าว

อย่างไรก็ตาม มีข้อเสียบางประการในการใช้แผ่นซิลิกอนเป็นวัสดุสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง: ค่าใช้จ่ายสูงและการจัดการที่ยากลำบากเพื่อให้ได้ความบริสุทธิ์ที่ต้องการ

ทดแทนซิลิโคน

มีการค้นหาวัสดุธรรมชาติทางเลือกในการผลิตการสังเคราะห์ด้วยแสงประดิษฐ์ เนื่องจากแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนไม่สามารถใช้งานได้ในขณะนั้น IQ ของ Unicamp แสวงหาทางเลือกนี้ในธรรมชาติ ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาใดดีไปกว่าคลอโรฟิลล์ ซึ่งเป็นรงควัตถุที่นอกจากจะให้สีเขียวแล้ว พืชยังใช้ตามธรรมชาติในการสังเคราะห์แสงอีกด้วย “โมเลกุลเหล่านี้เป็นทางออกจากธรรมชาติเพื่อให้สามารถดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ได้ อย่างไรก็ตาม กระบวนการสังเคราะห์ทางเคมีของพวกมันนั้นยากและมีราคาแพง” Megiatto กล่าว

ดังนั้นจึงมีการสร้างคลอโรฟิลล์เทียมเรียกว่าพอร์ไฟริน ใช้งานง่ายกว่าและมีความคงตัวทางเคมีที่ไม่มีคลอโรฟิลล์ตามธรรมชาติ

"วัสดุเหล่านี้เมื่อเชื่อมต่อกับตัวเร่งปฏิกิริยาได้แสดงให้เห็นว่ามีแนวโน้มมากสำหรับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมีผ่านการเกิดออกซิเดชันของโมเลกุลของน้ำ แต่ในขณะนี้ พวกเขากำลังศึกษาในสารละลายในน้ำเท่านั้นไม่ใช่ในการสังเคราะห์ด้วยแสง อุปกรณ์จริง” Megiatto กล่าว

ตอนนี้ วัตถุประสงค์คือเพื่อสร้างฟิล์มโพลีเมอร์ที่ไวต่อแสงด้วยโมเลกุลที่สร้างขึ้น เพื่อพัฒนาวัสดุที่เป็นของแข็ง และสะสมไว้บนแผ่นโลหะและเซมิคอนดักเตอร์ (อิเล็กโทรด) ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์

“ความรู้ที่ได้รับในโครงการนี้สามารถนำไปใช้ในการวิจัยทางการเกษตรเพื่อเพิ่มผลผลิตของพืชที่ใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ” Megiatto กล่าวสรุป

ที่มา: FAPESP Agency