พลังงานและสิ่งแวดล้อม

ทีมแปลงน้ำเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจนโดยใช้การสังเคราะห์ด้วยแสง

ทีมแปลงน้ำเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจนโดยใช้การสังเคราะห์ด้วยแสง


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ด้วยการเติบโตทางเศรษฐกิจทั่วโลกทำให้เกิดความต้องการพลังงานมากขึ้น แต่โลกของเราอยู่ในขอบเขตของการจำนนต่อวิถีทางของเครือญาติของเรา ในฉากนี้โซลูชันพลังงานสีเขียวที่มีประสิทธิภาพเข้ามามีบทบาท

นักวิทยาศาสตร์จาก Israel Institute of Technology ได้คิดค้นเทคนิคการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นเชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพเป็นประวัติการณ์ แนวคิดของพวกเขาคือการใช้กลไกของการสังเคราะห์แสงเพื่อผลักดันประสิทธิภาพการแปลงพลังงานไปสู่ระดับสูงใหม่

ปริญญาเอก Lilac Amirav ผู้วิจัยหลักของการศึกษากล่าวว่า "เราต้องการสร้างระบบโฟโตคะตะไลติกที่ใช้แสงแดดในการขับเคลื่อนปฏิกิริยาทางเคมีที่มีความสำคัญต่อสิ่งแวดล้อม" เธอและกลุ่มของเธอที่สถาบันเทคโนโลยีอิสราเอลกำลังอยู่ในขั้นตอนการออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาโฟโตคาตาลิสต์ที่สามารถดึงออกและแยกไฮโดรเจนออกจากน้ำได้

ดูเพิ่มเติม: นักวิทยาศาสตร์พัฒนาแคตตาล็อกใหม่ที่ใช้แสงในการแปลงคาร์บอนไดออกไซด์เป็นเชื้อเพลิง

เธออธิบายว่า "เมื่อเราวางอนุภาคนาโนที่มีรูปร่างคล้ายแท่งไว้ในน้ำและส่องแสงไปที่พวกมันพวกมันจะสร้างประจุไฟฟ้าบวกและลบ" และเสริมว่า "โมเลกุลของน้ำแตกตัวประจุลบจะสร้างไฮโดรเจน (การลดลง) และประจุบวกจะผลิต ออกซิเจน (ออกซิเดชั่น) ปฏิกิริยาทั้งสองที่เกี่ยวข้องกับประจุบวกและลบจะต้องเกิดขึ้นพร้อมกันหากไม่ใช้ประโยชน์จากประจุบวกประจุลบจะไม่สามารถกำหนดเส้นทางเพื่อผลิตไฮโดรเจนที่ต้องการได้ "

แม้ว่าอย่างที่เราทราบกันดีว่าสิ่งตรงข้ามดึงดูด หากประจุบวกและลบพบโอกาสที่จะรวมเข้าด้วยกันพวกมันจะแยกออกจากกันไม่เหลืออะไรให้เราเลย ดังนั้นการรักษาอนุภาคที่มีคุณสมบัติการประจุต่างกันจึงเป็นสิ่งจำเป็น

ในการทำเช่นนั้นทีมงานได้คิดค้นโครงสร้างที่แตกต่างกันซึ่งรวมถึงเซมิคอนดักเตอร์ที่แตกต่างกันพร้อมกับตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะและโลหะออกไซด์ พวกเขาได้สร้างระบบแบบจำลองเพื่อศึกษาการเกิดออกซิเดชันและการลดที่เกิดขึ้นและปรับโครงสร้างที่แตกต่างกันให้เหมาะสมเพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

ในการวิจัยปี 2559 ทีมเดียวกันได้ออกแบบโครงสร้างที่แตกต่างกัน จุดควอนตัมแคดเมียม - ซีเลไนด์ที่ปลายด้านหนึ่งดึงดูดประจุบวกในขณะที่ประจุลบกองอยู่อีกด้านหนึ่ง

Amirav กล่าวว่า "ด้วยการปรับขนาดของจุดควอนตัมและความยาวของก้านตลอดจนพารามิเตอร์อื่น ๆ เราสามารถเปลี่ยนแสงแดดเป็นไฮโดรเจนได้ 100% จากการลดน้ำ" ในระบบนี้อนุภาคนาโนโฟโตคาทาลิสต์หนึ่งอนุภาคสามารถทำให้ไฮโดรเจนออกมาได้ 360,000 โมเลกุลต่อชั่วโมง

แต่ในการศึกษาที่เก่ากว่านี้ได้ศึกษาเฉพาะส่วนที่ลดลงของปฏิกิริยาเท่านั้น สำหรับตัวแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นเชื้อเพลิงที่ใช้งานได้เราจำเป็นต้องจัดการกับส่วนอื่น ๆ ออกซิเดชั่นด้วย Amirav กล่าวว่า "เรายังไม่ได้เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นเชื้อเพลิง" และอธิบายเพิ่มเติมว่า "เรายังคงต้องการปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่จะให้อิเล็กตรอนไปยังจุดควอนตัมอย่างต่อเนื่อง"

เป็นความท้าทายที่สำคัญในการเดินผ่านกระบวนการออกซิเดชั่นของน้ำเนื่องจากมีหลายขั้นตอน นอกจากนี้ผลพลอยได้จากปฏิกิริยาเบ้กับผลลัพธ์โดยการลดความเสถียรของเซมิคอนดักเตอร์

ในการศึกษาล่าสุดพวกเขาได้ใช้แนวทางที่แตกต่างออกไป คราวนี้แทนที่จะใช้น้ำพวกเขาใช้สารประกอบที่เรียกว่าเบนซิลลามีนสำหรับส่วนออกซิเดชั่น วิธีนี้น้ำจะลดไฮโดรเจนและออกซิเจนในขณะที่เบนซิลลามีนจะเปลี่ยนเป็นเบนซาลดีไฮด์ กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกากำหนดให้ 5 ถึง 10 เปอร์เซ็นต์เป็น "เกณฑ์ความเป็นไปได้ในทางปฏิบัติ" ประสิทธิภาพสูงสุดของวิธีนี้ได้รับการเปรียบเทียบที่ 4.2%

นักวิจัยกำลังมองหาสารประกอบอื่น ๆ ที่อาจพิสูจน์ได้ว่าเป็นไปได้สำหรับการแปลงจากแสงอาทิตย์เป็นเคมี ด้วย AI ที่อยู่เคียงข้างพวกเขากำลังค้นหาสารประกอบที่เหมาะสมกับกระบวนการนี้ Amirav ตั้งข้อสังเกตว่ากระบวนการนี้ประสบผลสำเร็จแล้ว

ผลการศึกษาจะถูกนำเสนอในการประชุมและงานแสดงสินค้าฤดูใบไม้ร่วงปี 2020 ซึ่งจัดขึ้นโดย American Chemical Society (แน่นอน)