افزایش کارایی ذخیره انرژی با نانوفتوکاتالیست‌های جدید

با تولید نانوذراتی که دارای ساختار هسته‌ای پوسته‌ای هستند، محققان فتوکاتالیستی ارائه کردند که می‌تواند میزان ذخیره انرژی خورشیدی را به‌صورت هیدروژن مولکولی افزایش دهد.

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از ستاد توسعه فناوری نانو،یافته اخیر محققان نشان می‌دهد که با استفاده از فتوکاتالیست‌های نیمه‌هادی می‌توان کارایی فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی را بهبود داد. با این کار فتوکاتالیست‌ها، میزان تولید هیدروژن افزایش می‌یابد.

سوخت‌های فسیلی آسیب زیادی به کره زمین وارد می‌کنند و لازم است هرچه سریع‌تر منابع تجدیدپذیر انرژی جایگزین سوخت‌های فسیلی شوند. استفاده از نور خورشیدی یکی از گزینه‌های مهم در میان منابع تجدیدپذیر است. با این حال لازم است که نور خورشید را بتوان برای استفاده‌های بعدی ذخیره‌سازی کرد.

یکی از روش‌های استاندارد ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی، استفاده از فتوکاتالیست‌های تولید هیدروژن یا HEPs است که در واقع انرژی خورشیدی در پیوندهای هیدروژن مولکولی ذخیره می‌شود.

در حال حاضر، بیشتر HEPs با استفاده از نیمه‌هادی معدنی تک جزئی تولید می‌شوند. این فتوکاتالیست‌ها نور را در طول‌موج‌های فرابنفش جذب می‌کنند؛ بنابراین، تولید هیدروژن تنها محدود به این طول‌موج است.

یک گروه تحقیقاتی به رهبری ایان مک‌کولاچ از KAUST با همکاری محققانی از بریتانیا و آمریکا HEPs تولید کردند که دارای دو جزء است. این گروه تحقیقاتی، نانوذرات آلی را ترکیب کرده تا بتوانند نور بیشتری را در طول‌موج مرئی جذب کنند.

جان کوسکو از محققان این پروژه می‌گوید: نیمه‌هادی‌های معدنی معمولا برای تولید فتوکاتالیست استفاده می‌شوند، این مواد پرتوهای فرابنفش را جذب می‌کنند که تنها ۵ درصد از نور خورشید را تشکیل می‌دهند؛ بنابراین، کارایی این روش بسیار کم است.

بنابراین، این گروه تحقیقاتی از روشی به نام مینی‌آمولوسیون استفاده کردند که می‌تواند نیمه‌هادی‌های آلی را در آب به‌صورت آمولوسیون درآورد و آن‌ها را با سورفاکتانت پایدار کند. این آمولوسیون‌ها گرمادهی می‌شوند تا در نهایت نانوذرات نیمه‌هادی آلی پایدار شده با سورفاکتانت ایجاد شوند.

آن‌ها با تغییر سورفاکتانت اقدام به دستکاری نانوذرات کردند و موفق به تولید ساختارهای هسته‌ای پوسته‌ای شدند که در آن‌ها دهنده و گیرنده حضور دارند.

چنین ساختارهایی می‌توانند نرخ تولید هیدروژن را افزایش دهند و نسل جدیدی از فناوری‌های ذخیره انرژی را پدید آورند.

کد خبر 4869795

میترا سعیدی کیا

تبدیل دی اکسید کربن به سوخت با نانوکاتالیست‌ها

نانوکاتالیستی برای تسهیل فرآیند فتوسنتز مصنوعی ساخته شده که می‌تواند با کارایی بالا دی‌اکسیدکربن را به سوخت تبدیل کند.

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از ستاد توسعه فناوری نانو، یافته‌های اخیر محققان نشان می‌دهد که می‌توان از راهبرد فتوسنتز مصنوعی برای تبدیل دی‌اکسیدکربن به متان استفاده کرد. پژوهشگران دانشگاه مک‌گیل و دانشگاه مک‌مستر با همکاری محققانی از دانشگاه میشیگان کاتالیستی ساختند که به این فرآیند کمک می‌کند. این گروه امیدوارند طی ۵ تا ۱۰ سال آینده بتوانند از دی‌اکسیدکربن برای تولید سوخت پاک استفاده کنند.

محققان این پروژه با استفاده از محاسبات و شبیه‌سازی جزء اصلی این کاتالیست را که یک نوع نانوذره است، شناسایی کردند. این نانوذره از جنس آهن و مس است. این کاتالیست چیزی شبیه به پنل خورشیدی بوده که در آن نانوذرات مس و آهن قرار دارد. این ذرات انرژی خورشید را جذب کرده و جریان الکتریکی تولید می‌کند که این جریان برای تبدیل دی‌اکسیدکربن به آب استفاده می‌شود.

لایه اصلی در این کاتالیست، ویفر سیلیکونی است که روی آن نانوسیم با قطر ۳۰۰ نانومتر قرار دارد که پهنایی در حدود ۳۰ نانومتر دارد. این نانوسیم از جنس نیترید گالیم ساخته شده‌است.

این چیدمان موجب می‌شود تا مساحت سطحی بالایی برای انجام واکنش بوجود آید. نانوسیم‌های مزین به نانوذرات با یک فیلم نازک از آب پوشیده شده‌است.

در عمل پنل فتوسنتز مصنوعی نیاز به اتصال به یک منبع دی‌اکسیدکربن دارد که این منبع می‌تواند خروج کارخانه‌های صنعتی باشد.

یکی از مزیت‌های این پروژه آن است که محققان موفق به تولید جریان الکتریسیته بالایی با استفاده از این روش شدند که این موضوع برای تولید انبوه بسیار مناسب است. این در حالی است که در روش‌های فتوسنتز مصنوعی پیشین، دانسیته جریان تولید شده بسیار کم بوده است.

متان یکی از اجزاء اصلی گاز طبیعی است، فتوسنتز فرآیندی است که در آن گیاهان با استفاده از نور خورشید، دی‌اکسیدکربن و آب، مواد غذایی مورد نیاز خود را تولید کرده و در کنار آن اکسیژن نیز تولید می‌شود. در فتوسنتز مصنوعی، سوخت‌های هیدروکربنی، نظیر گاز طبیعی و گازوئیل از دی‌اکسیدکربن تولید می‌شود.

کد خبر 4840745

تبدیل گاز دی اکسید کربن به اتانول

ه

دانشمندان آمریکایی به تازگی به روشی کم هزینه و کارآمد برای تبدیل گاز دی اکسید کربن که یکی از عوامل اصلی آلودگی هوا و پدیده گرم شدن جهانی است، به گاز اتانول دست یافته اند. گاز اتانول سوختی پاک و پر مصرف ترین سوخت زیستی در جهان است.

به گزارش کلیک، دانشمندان آمریکایی به تازگی عنوان کرده اند که آن ها به طور تصادفی به وجود روشی اقتصادی و کارآمد برای تبدیل گاز دی اکسید کربن که یکی از دلایل اصلی پدیده گرم شدن جهانی است، به یک سوخت پاک یعنی اتانول پی برده اند. این روش می تواند به راهی برای دست یافتن به یک منبع جدید انرژی تجدید پذیر و پاک تبدیل شود.

این محققان آمریکایی ماه گذشته اعلام کردند که آن ها به صورت تصادفی موفق به ایجاد کاتالیستی (مبدلی برای تبدیل گازهای سمی و مضر به ترکیباتی بی خطر) شده اند که می تواند گاز دی اکسید کربن را بدون استفاده از مواد کمیاب و گران قیمتی همچون پلاتین به میزان بالایی از اتانول تبدیل کند.

اتانول گازی است که از محصولات طبیعی مانند شکر و ذرت تولید می شود و پر مصرف ترین سوخت زیستی در سراسر جهان است.

بسیاری از کشورها مانند آمریکا و چین در حال کاهش مصرف سوخت های فسیلی و تلاش برای افزایش سوخت های زیستی هستند؛ زیرا سوخت های فسیلی دلیل اصلی افزایش گازهای مضر و پدیده تغییر اقلیم هستند.

طبق گفته های این محققان، ذرات موجود در عنصر کربن و فلز مس و همچین گاز نیتروژن و جریان الکتریسیته باعث ایجاد یک واکنش شیمیایی می شود که می تواند دی اکسید کربن را به راحتی به اتانول تبدیل کند.

محققان مدت ها تلاش کردند تا به یک سری واکنش های شیمیایی جدید دست پیدا کنند که بتوانند از طریق آن ها گاز دی اکسید کربن را که به دلیل مصرف سوخت های فسیلی به وجود می آیند،  به یک سوخت پاک تبدیل کنند. آن ها سرانجام موفق شدند به روشی دست پیدا کنند که روشی کم هزینه و کارآمد برای تولید گاز اتانول است.

سرپرست این گروه تحقیقاتی اذعان کرد: “ما موفق شدیم گاز دی اکسید کربن را که یک گاز بی مصرف و مضر  است و از مصرف سوخت های فسیلی به وجود می آید، به پرمصرف ترین سوخت زیستی پاک در جهان یعنی اتانول تبدیل کنیم”.

اگر چه فرایند تبدیل گاز دی اکسید کربن به گاز اتانول با استفاده از یک کاتالیست فرایند دشوار و پیچیده ای بود، اما نتیجه واقعاً شگفت انگیزی داشت.

محققان در حال انجام آزمایشاتی برای یافتن روشی هستند که بتوانند گاز دی اکسید کربن را با استفاده از روش مذکور به صورت گسترده و در مقیاس صنعتی به گاز اتانول تبدیل کنند.

فرایندی که در این فناوری به کار گرفته می شود می تواند با دیگر منابع انرژی تجدید پذیر و پاک مانند انرژی خورشیدی و انرژی باد ترکیب شود و استفاده از این انرژی ها را کارآمدتر کند.

انرژی برق مازاد بر مصرف تولید شده توسط انرژی خورشید و باد، غالبا پس از ذخیره شدن در باتری ها از بین می رود.

محققان به بیان این مطلب پرداختند که با استفاده از فناوری جدید ایجاد شده می توان از برق مازاد بر مصرف، برای تولید گاز اتانول به منظور تأمین نیروی تاسیسات و توربین های خورشیدی در زمان کافی نبودن قدرت انرژی خورشید یا باد، استفاده کرد؛ بنابراین این فناوری می تواند برای ایجاد توازن شبکه ای که انرژی آن توسط انرژی های تجدید پذیر ناپایدار و متغیر تأمین می شود، مورد استفاده قرار گیرد.

یکی از محققانی ارشد و متخصص در زمینه سوخت های مختلف به بیان این مطلب پرداخت که فناوری جدیدی که توسط این محققان ایجاد شده است، می تواند گامی بزرگ برای ایجاد یک سیستم انرژی کارآمد با تولید میزان کمی از گاز دی اکسید کربن باشد.

محققان در حال انجام مراحل اولیه ایجاد صنعت جدیدی برای تولید فراورده های شیمیایی هستند که پایه و اساس فعالیت آن گاز دی اکسید و الکتریسیته است. با کمک این فناوری می توان صنایعی را ایجاد کرد که هیچ گاز دی اکسید کربنی بر اثر فعالیت آن ها تولید نشود.

ایجاد چنین فرایند مفیدی برای کاهش میزان آلودگی هوا نیازمند دسترسی به میزان زیادی از برق تولید شده توسط انرژی های پاک است؛ اما برای تحقق یافتن این هدف، هنوز باید کارهای زیادی انجام داد.