انقلابی تاریخی در تولید انرژی‌های پاک‌

این فناوری نوین از جهات گوناگون حائز اهمیت است. ارزان بودن، تولید نکردن هیچ‌گونه آلاینده زیست محیطی و از همه مهمتر سادگی فرآیند موجب شده نگاه محافل علمی و تحقیقاتی جهان به تیم جوان تحقیقاتی دانشگاه MIT و آینده روشنی که برای تولید انرژی‌های پاک و ارزان قیمت ترسیم کرده‌اند، معطوف شود.

محققان این طرح از الکتریسیته تولید شده در صفحات خورشیدی برای تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن استفاده کرده‌اند. این عناصر در حقیقت تشکیل‌دهندگان بنیادین سلول‌های سوختی به حساب می‌آیند. در ادامه و با کمک گرفتن از چند ماده شیمیایی در نقش کاتالیزور، دانشمندان موفق به ارائه تکنیک منحصربه‌فرد خود شدند که طی آن انرژی خورشیدی به عنوان یک سوخت شیمیایی قابلیت ذخیره شدن را پیدا می‌کند. این فناوری که به دلیل بدیع بودن سر و صدای زیادی نیز در جوامع علمی جهان به پا کرده است نوید دهنده پایان انبوهی از مشکلات و موانع موجود بر سر فرآیند توسعه جهانی استفاده از انرژی خورشیدی به حساب می‌آید. سلول‌های سوختی که از این طریق تولید می‌شوند را می‌توان برای راه‌اندازی ژنراتورهای برقی غیرآلاینده موسوم به سلول‌های سوختی هیدروژنی به کار برد.

ایده تولید سوخت از انرژی خورشیدی همواره در ذهن دانشمندان مورد بررسی قرار می‌گرفته است تا راهی برای عملی شدن آن ارائه شود. مشکل اینجاست که چنین فرآیندی متضمن صرف هزینه‌های بالایی است و از آن مهمتر مشکل بودن استفاده از الکتریسیته  تولید شده از خورشید برای تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن در یک سیستم داخلی است. از این رو چنین ایده منحصربه‌فردی طی سال‌های گذشته همواره مهجور مانده بود، اما اکنون همه چیز متفاوت شده است. فناوری نوین ابداع شده مبتنی بر استفاده از کاتالیزورهایی است که فرآیند تبدیل آب به سوخت‌های پرانرژی را به میزان قابل توجهی تسریع می‌بخشند.

دانیل نوکرا از دانشگاه MIT در بوستون آمریکا و محقق شماره یک این طرح در حالی که از فناوری استثنایی خود و تیم همراهش مطمئن به نظر می‌رسد، می‌گوید: این دستاورد بزرگ را می‌توان به عنوان عامل امیدوارکننده‌ای در از بین بردن موانع جدی بر سر توسعه جهانی استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان یک سوخت پاک و موثر به حساب آورد. وی معتقد است هم اکنون استفاده از انرژی خورشیدی و اهمیت حیاتی آن برای کلیت جهان روشن شده است. با این حال موانع موجود موجب شده‌اند بشر نتواند استفاده لازم و حداکثری را از این منبع ارزشمند و بی پایان داشته باشد. با این حال اکنون می‌توان امیدوار بود که انرژی خورشیدی از سوی همگان و به عنوان منبع سوخت قابل اطمینان و البته مقرون به صرفه به عنوان جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی نظیر نفت و گاز محسوب شود.

انقلابی بزرگ

این محقق جوان حرف‌های جالب توجه دیگری نیز دارد: این فناوری کاربردی تأثیر انکارناپذیری بر توسعه همه جانبه سیستم‌های تکنولوژیکی مرتبط با خورشید دارد؛ چون بشر را در برابر مکانیسم نوین و ارزان قیمت ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی قرار می‌دهد. موفقیت‌های اولیه این طرح گویای آن است که فناوری نوین ما آینده را متحول خواهد کرد.

به عقیده کارشناسان، فراهم شدن امکان منحصر به‌فردی همچون استفاده از صفحات خورشیدی برای فراهم کردن چارچوب مطمئن ذخیره‌سازی انرژی شیمیایی که از مولفه‌هایی همچون انتقال آسان برخوردار است، فرآیند بهره‌برداری از انرژی خورشیدی را زیرورو می‌کند. این نکته تنها به معنای آن نیست که از انرژی خورشیدی فقط برای روشنایی ساختمان‌ها در شب هنگام استفاده می‌شود، بلکه می‌توان چشم‌انداز وسیع‌تری را متصور شد که در آن خودروها و سیستم‌های حرکتی متحرک با استفاده از سلول‌های هیدروژنی تولید شده از این طریق در خیابان‌ها و جاده‌ها تردد می‌کنند.

رازهایی ساده

اما استفاده از چه عناصری در این فرآیند موجب شده است تا چنین امیدواری‌ برای بشر یعنی استفاده گسترده از انرژی خورشیدی به‌عنوان سوخت آینده ایجاد شود؟ معمای نهفته در پس ابداع این دستاورد که جزئیات آن در تازه‌ترین شماره نشریه ساینس منتشر شده است، در بهره‌گیری از نوع الکترود مورد استفاده برای تولید اکسیژن و هیدروژن به هنگام قرار گرفتن در آب جای دارد.

محققان جوان این طرح الکترودهای مورد نظر خود را از ترکیب کردن کبالت و فسفات تهیه کردند که همچون کاتالیزوری مؤثر عمل می‌کند و تجزیه ملکول‌های آب به عناصر سازنده یعنی اکسیژن و هیدروژن را تسریع می‌بخشد.

لوئیس اچگوین، مدیر کمیته شیمیایی بنیاد ملی علوم آمریکا که سازمان متبوعش هزینه‌های این طرح را متقبل شده، می‌گوید: سادگی این فرآیند در نوع خود حیرت آور است. بی‌شک این شیمیدانان جوان با استفاده از مواد و عناصر ارزان قیمت و موجود در بازار از جمله آب آینده‌ای روشن برای استفاده از انرژی‌های پاک ترسیم کرده‌اند؛ آینده‌ای که در حال حاضر به دلیل چگونگی تامین انرژی مورد نیاز برای آن تبدیل به نگرانی مزمن جامعه بشری شده است.

الهام گرفتن از طبیعت‌

فناوری نوین استفاده از نور خورشید برای تجزیه آب، بر پایه فوتوسنتز استوار است و این فرآیندی است که دقیقا در گیاهان و برای تبدیل انرژی نور خورشید به ذخیره شیمیایی مورداستفاده قرار می‌گیرد. موضوع قابل توجه این است که استفاده از فرآیند الکترولیز که هم اکنون در ابعاد صنعتی کاربرد گسترده‌ای یافته است، برای فوتوسنتز مصنوعی هیچ گونه کارایی و توجیه اقتصادی ندارد.

نوکرا و تیم تحقیقاتی این پروژه امیدوارند در دهه آینده، مردم سراسر جهان این امکان نوین را داشته باشند تا ضمن تامین انرژی مورد نیاز منازل و ادارات خود در طول روز از خورشید، از سلول‌های سوختی هیدروژنی تولید شده به وسیله این فناوری نوین برای تأمین روشنایی شبانه استفاده کنند؛ چشم اندازی که شاید تا همین چند سال پیش تنها در حد یک روِیا بوده است.

ایران در حسرت توسعه انرژی خورشیدی‌

نگاهی اجمالی به کشورهای مختلف و مستعد جذب انرژی خورشیدی در جهان گویای آن است که ایران در ردیف مستعدترین کشورها قرار دارد. وجود اقلیم خاص تقریبا خشک در اکثر نقاط کشور، گرچه نگرانی‌هایی را درخصوص بارندگی سالانه ایجاد می‌کند؛ اما نباید از کنار ظرفیت خیره‌کننده جذب و استفاده از انرژی خورشیدی بی تفاوت گذشت. در حالی که طی هفته‌های اخیر مساله کمبود توان شبکه برق کشور برای سرویس دهی به منازل و ادارات در بسیاری از استان‌ها احساس می‌شود، توسعه سیستم‌های دریافت و استفاده از انرژی خورشیدی بیش از هر زمان دیگری ضروری به نظر می‌رسد. بررسی‌ها نشان می‌دهند اکثر مناطق مرکزی و کویری ایران، غنی از منابع انرژی خورشیدی است به‌طوری که برآورد شده تنها در کویر از یک و نیم هکتار زمین می‌توان در هر ساعت یک مگاوات انرژی خورشیدی دریافت کرد. با این حال هزینه بالای تبدیل آن به الکتریسیته مانعی جدی بر سر فرآیند توسعه زیرساختارهای استفاده از انرژی خورشیدی در کشور محسوب می‌شود. بی‌شک ایده گرفتن از فناوری نوین محققان جوان دانشگاه MIT و پروژه‌های مشابه می‌تواند راه را برای غلبه بر این مانع جدی هموارتر سازد. باید پذیرفت انرژی خورشیدی دیگر تنها در حد و اندازه یک محصول جانبی نیست بلکه به آن به عنوان کالایی تجاری در بازارهای جهانی نگاه می‌شود.

مهدی پیرگزی‌