الگوبرداری از طبیعت برای تولید برق از خورشید

در سال‌های گذشته فناوری طراحی و ساخت سلول‌های خورشیدی پیشرفت قابل توجهی داشته است با این حال ساخت این سلول‌ها همواره با مشکلات زیادی همراه بوده است که از آن جمله می‌توان به آسیب‌پذیر بودن آنها در برابر تابش مداوم نور خورشید اشاره کرد. این سلول‌ها با گذشت زمان و به دلیل آسیب‌هایی که از جانب پرتوهای خورشیدی می‌بینند بتدریج تخریب شده و در عین حال بازدهی خود را نیز از دست می‌دهند. در نتیجه دیگر نمی‌توان آن میزان ذخیره‌سازی انرژی را که در ابتدای امر از آنها انتظار داشتیم به دست آوریم.

گیاهان را می‌توان به عنوان کارخانه‌های طبیعی تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی قابل ذخیره در نظر گرفت. البته نکته بارزی که در آنها وجود دارد، این است که گیاهان توانسته‌اند با تکیه بر استراتژی منحصربه‌فردی بر مشکلی که هم‌اکنون درخصوص سلول‌های خورشیدی ساخت بشر وجود دارد غلبه کنند. براساس این استراتژی، گیاهان به‌طور متناوب مولکول‌های جذب‌کننده نور موجود در برگ‌هایشان را خرد کرده و بار دیگر آنها را نوسازی می‌کنند. از این رو می‌توان متصور شد مولکول‌های پایه‌ای که همواره در جذب و ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی موثر هستند، نو و به روز شده هستند. این استراتژی چشمگیر توجه ما را به خود جلب کرده و موجب شده تا ما با الهام گرفتن از گیاهان نسل جدید سلول‌های خورشیدی را طراحی و تولید کنیم.

به نوعی می‌توان گفت بله. ما توانسته‌ایم مولکول‌های خاصی تولید کنیم که خاصیت خودسازی خودکار داشته و در عین حال می‌توانند نور خورشید را جذب و به الکتریسیته تبدیل کنند. این مولکول‌ها به‌طور متناوب در هم خرد شده و با سرعت می‌توانند با فرآیند نوسازی که صورت می‌گیرد بار دیگر احیا شوند. این کار بسیار سریع و ساده است و تنها با افزودن یا از میان برداشتن حلال‌های مخصوصی صورت می‌گیرد.

همه چیز به‌طور اتفاقی آغاز شد. چند ماه پیش در حال مطالعه زیست‌شناسی گیاهی بودم که متوجه وجود مکانیسم خاص و اعجاب‌آوری در آن شدم. متوجه شدم گیاهان، سلول‌های مخصوصی دارند که در احیای چندین و چند باره سیستم جذب و ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی نقش قابل توجهی ایفا می‌کنند. به‌طور مثال پس از انجام تحقیقات متوجه شدیم که در طول یک دوره کامل تابستانی، یک برگ درخت هر 45 دقیقه یک بار پروتئین‌های خود را بازسازی و به نوعی بازیافت می‌کند و این درحالی است که به ظاهر همه چیز ثابت و بدون تغییر به نظر می‌رسد.

از سال‌ها پیش بشر به فکر استفاده از انرژی خورشیدی بوده است و در این مدت ایده‌های بسیار زیادی نیز ارائه شده که سرانجام فناوری‌های کاربردی نیز از دل آنها خارج شده است. در حال حاضر انرژی به عنوان یک بحران در نظر گرفته می‌شود و بخوبی پیداست که در سال‌های آتی تامین انرژی یکی از بزرگ‌ترین مشکلات پیش روی بشر خواهد بود. از این رو باید حساب ویژه‌ای روی خورشید و منبع عظیم و بی‌انتهای انرژی آن باز کنیم. اما اگر به روز رسانی‌های لازم درخصوص فناوری‌هایی که برای این منظور ارائه شده، صورت نگیرد بتدریج از این چشم‌انداز دور می‌شویم.

سلول‌های خورشیدی که به این ترتیب طراحی و ساخته می‌شوند نه تنها طول عمر بسیار بیشتری دارند که در مقایسه با نمونه‌های فعلی توانایی بیشتری نیز در جذب انرژی خورشیدی و تبدیل آن به انرژی الکتریسیته دارند. این به روز رسانی به این معناست که در آینده می‌توان سهم بیشتری برای خورشید در تأمین انرژی‌های مورد نیاز مردم سراسر جهان در نظر گرفت.

بله ما برای طراحی و ساخت چارچوب‌های لازم برای قرار گرفتن این مولکول‌ها سراغ فناوری نانو رفتیم. با استفاده از یافته‌ها و دستاوردهای نوینی که در این زمینه ارائه شده است موفق شدیم تا ساختارهای لازم برای قرار گرفتن سلول‌ها در جهت‌های مورد نظر را ارائه کنیم. گذشته از فناوری نانو از پروتئین‌های مخصوصی نیز برای ساخت مولکول‌های جاذب و خودکار ترمیم شونده نیز بهره گرفته‌ایم. این پروتئین‌ها نقش بسزایی در جذب انرژی خورشیدی و تبدیل آن به انرژی الکتریسیته دارند. ما فکر می‌کنیم ترکیب فناوری نانولوله‌ها و این پروتئین‌ها مجموعه‌ای پیچیده ایجاد کرده است که در نوع خود و در دنیای فناوری ساخت سلول‌های خورشیدی یک رکورد جدید محسوب می‌شود.

در این فناوری نوین از حلال‌های مخصوصی استفاده می‌شود که پس از افزوده شدن به ساختار سلولی موجب از هم وا رفتن آن می‌شود اما به محض این‌که حلال از ساختار جدا شود، مولکول‌ها بار دیگر در کنار هم قرار گرفته و به کار خود ادامه می‌دهند. نکته جالب توجه این است که طبیعت میلیون‌ها سال است از این استراتژی استفاده می‌کند و اکنون ما نیز توانسته ایم با تکیه بر آن گامی تازه برای حل مشکلات آینده بشر در تأمین انرژی مورد نیاز
برداریم.

مترجم :محمد صالحی