استفاده از طلا برای تبدیل کربن‌دی‌اکسید به سوخت مایع
در فرایند فتوسنتز، گیاهان با آرایش مجدد ملکول‌های آب و کربن‌دی‌اکسید، انرژی حاصل از نورخورشید را به گلوکز تبدیل می‌کنند. فرایند جدید تقلیدی از این توانایی طبیعی با استفاده از دست‌کاری‌های شیمیایی است که بدون نیاز به کلروفیل، سوختی مایع تولید می‌کند. پراشانت جین، شیمی‌دان دانشگاه ایلینوی می‌گوید:
هدف در اینجا تولید هیدروکربن‌های پیچیده و تبدیل‌شدنی به مایع با استفاده از کربن‌دی‌اکسید اضافی و دیگر منابع پایدار مانند نورخورشید است. سوخت‌های مایع، سوخت‌های ایده‌آلی هستند؛ زیرا انتقال آن‌ها درمقایسه‌با گاز آسان‌تر و بی‌خطرتر و اقتصادی‌تر است.
مزایای تحقق‌بخشیدن به فتوسنتز مصنوعی در مقیاس وسیع درخورتوجه است و منبع انرژی پاک و پایداری دراختیار ما می‌گذارد که ممکن است روزی با تقلید فرایندی که در گیاهان و موجودات دیگر انجام می‌شود، انرژی موردنیاز خانه‌ها و خودروهای ما را تأمین کند. با این هدف، دانشمندانی از سرتاسر جهان به‌طورمداوم مشغول جست‌وجوی یافتن راهی برای مهار انرژی خورشیدی به‌عنوان منبع سوخت نامحدود و فتوسنتزی هستند؛ به‌ویژه به این دلیل که این کار می‌تواند ابزاری برای کمک به برداشت کربن‌دی‌اکسید مضر از اتمسفر باشد.
پژوهش جدید جین درادامه‌ی پژوهش قبلی او در سال ۲۰۱۸ است که در آن، استفاده از نانوذرات طلا به‌عنوان جایگزینی برای کلروفیل (رنگ‌دانه‌ای که به‌عنوان کاتالیزور در فتوسنتز طبیعی عمل می‌کند)، بررسی شده بود. جین در آن زمان گفته بود:
دانشمندان اغلب در جست‌وجوی یافتن روش‌هایی برای تبدیل نورخورشید و کربن‌دی‌اکسید و آب به سوخت، گیاهان را بررسی می‌کنند.
در آن آزمایش‌ها، پژوهشگران دریافتند ذرات کروی و ریز طلا که اندازه‌ی نانومتری دارند، می‌توانند نور سبز قابل‌مشاهده را جذب کنند و الکترون‌ها و فوتون‌های برانگیخته‌شده به‌وسیله‌ی نور را انتقال دهند. مطالعه‌ی جدید با استفاده از همان تکنیک پا را فراتر نهاده و کربن‌دی‌اکسید را به ملکول‌های سوختی هیدروکربن پیچیده (شامل پروپان و متان) تبدیل می‌کند که با ترکیب نور سبز و نانوذرات طلا در محلولی یونی سنتز می‌شوند. پژوهشگران در مقاله‌ی خود توضیح می‌دهند:
در این رویکرد، برانگیختگی پلاسمونیک نانوذرات طلا محیطی پر از بار الکتریکی را در سطح مشترک نانوذرات/محلول برای فعال‌سازی کربن‌دی‌اکسید ایجاد می‌کند و در‌همین‌حین، مایعی یونی موجب پایداری میانجی‌های باردار تشکیل‌شده در این سطح می‌شود و امکان احیای چندمرحله‌ای و ایجاد پیوند بین کربن‌ها را ممکن می‌سازد. در این روش، علاوه‌بر پروپان و متان هیدروکربن‌های اتیلن، استیلن و پروپن نیز می‌توانند فتوسنتز شوند. این‌ها ترکیبات ملکولی پیچیده‌ای هستند که شاید روزی منبعی برای ذخیره انرژی در سلول‌های سوختی باشند.
جین می‌گوید:
ازآنجاکه این سوخت‌های مایع از ملکول‌های بلند زنجیر ساخته می‌شوند، حاوی پیوندهای بیشتری هستند؛ یعنی تراکم انرژی در آن‌ها بیشتر است.
اگرچه همانند دیگر روش‌های به‌کاررفته برای ایجاد فتوسنتز مصنوعی، عملی‌بودن این پیشرفت درنهایت به بازده و ظرفیت کاربرد آن در جهان واقعی وابسته است. در‌همین‌زمینه، پژوهشگران می‌دانند توانایی نانوذرات طلا را برای انجام این تبدیل‌های شیمیایی باید پالایش و باید این موضوع را بررسی کنند که چگونه می‌توان این روش را در مقیاس وسیع عملی کرد. جین در سال ۲۰۱۸ این‌چنین توضیح داده بود:
هنوز راهی طولانی پیش رو وجود دارد. فکر می‌کنم حداقل به یک دهه زمان برای یافتن راه‌های عملی برای گرفتن کربن‌دی‌اکسید و تثبت آن و توسعه‌ی تکنولوژی‌های تشکیل سوختی نیاز داریم که ازلحاظ اقتصادی امکان‌پذیر باشند. باوجوداین، هر دانشی در‌این‌زمینه موجب افزایش سرعت حرکت جامعه‌ی پژوهشی می‌شود.
نتایج این پژوهش در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده است.
نظرات