حل بحران‌کمبود انرژی با تولید برگ‌های مصنوعی

بشر هر روز با الهام گرفتن از طبیعت به فناوری‌های نوین دست می یابد. از ساخت باله‌هایی همچون باله ماهی گرفته حالا که خبر از ساخت نخستین برگ مصنوعی جهان با قابلیت تبدیل نور خورشید و آب به انرژی شده است.

کد خبر: ۳۹۷۸۹۸

این روند ادامه یافته است اما در تازه‌ترین دستاوردهای این عرصه گروهی از محققان دانشگاه MIT موفق شده اند برگ مصنوعی تولید کنند که می‌تواند نور خورشید و آب را همچون برگ‌های واقعی درختان به انرژی تبدیل کند. از مدت‌ها پیش دانشمندان زیادی در تلاش بوده‌اند که فرآیند فتوسنتز در برگ‌های درختان را در محیط‌های پیشرفته آزمایشگاهی شبیه‌سازی کنند. اما در روزهای اخیر تولید نخستین برگ مصنوعی جهان با قابلیت تبدیل نور خورشید و آب به انرژی به رویدادی خبرساز تبدیل شده است.

دکتر دانیل نوکرا، مدیر آزمایشگاه نوکرا دانشگاه MIT که در رأس این پروژه هیجان‌انگیز قرار دارد می‌گوید برگی که در تیم تحقیقاتی وی تولید شده است نه تنها ساختاری پایدار دارد بلکه به دلیل این‌که از مواد اولیه ارزان قیمتی تهیه شده است دستاوردی چشمگیر به شمار می‌آید. نکته جالب توجه درخصوص این فناوری نوین این است که این برگ مصنوعی در ظاهر هیچ شباهتی به برگ طبیعی ندارد اما تمام مکانیسم پیچیده داخلی و خارجی آن همچون یک برگ واقعی است. به کارگیری طیف وسیعی از فناوری‌های نوین در ساختار این برگ موجب شده تا از آن به عنوان یکی از منحصربه‌فردترین فناوری‌های عصر حاضر یاد شود.

برگ مصنوعی محققان دانشگاه MIT از سیلیکن، تجهیزات متنوع الکترونیکی و همچنین یک سری کاتالیزور ساخته شده است که فعل و انفعالات شیمیایی درون برگ را تسریع می‌بخشند. کل ساختار پیچیده این برگ بر یک اصل کلی پایدار است: استفاده از نور خورشید برای تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن که در ادامه می‌توان از آنها برای تولید الکتریسیته در یک سلول سوختی مجزا استفاده کرد. محققان این برگ‌های مصنوعی را در مخازنی از آب قرار داده و سپس آنها را در برابر نور خورشید قرار می‌دهند. محققان بر این باورند که این برگ‌ها می‌توانند الکتریسیته مورد نیاز برای استفاده‌های روزمره منازل مسکونی را فراهم کنند. دانیل نوکرا از جمله این محققان است که امیدهای زیادی به تأثیرگذاری آن در آینده دارد.

البته باید به این نکته نیز اشاره کرد که برگ مصنوعی ارائه شده در آزمایشگاه نوکرا نخستین مورد از این دست در جهان محسوب نمی‌شود چون پیش از این نیز تلاش‌هایی در زمینه خلق دوباره فتوسنتز در مواد مصنوعی صورت گرفته است. اما تمام آنها در یک نکته با دستاورد اخیر محققان دانشگاه MIT تفاوت عمده‌ای دارد.

با‌تولید برگ مصنوعی در مقیاس انبوه و تجاری می‌توان چشم‌اندازی را متصور شد که در آن تغییرات بنیادینی در شیوه‌های مصرف انرژی و روی آوردن به اقتصاد مبتنی بر هیدروژن ایجاد خواهد شد

فناوری‌هایی که پیش از این ارائه شده‌اند از موادی ناپایدار ساخته شده بودند که عمدتا گران قیمت نیز بودند و مهم‌تر از آن این‌که برگ‌های تولید شده طول عمر چندان زیادی نداشتند. نوکرا و محققانی که این برگ را ارائه کرده‌اند از مدت‌ها پیش به دنبال کاتالیزوری شناخته شده و ارزان قیمت بوده‌اند که در نهایت به نیکل و کوبالت رسیدند.

این دو عنصر شیمیایی دقیقا همان کاتالیزورهای ارزان قیمت و رایجی هستند که تقریبا در آزمایشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی سراسر جهان یافت می‌شود. آنها برگ‌های تولید شده با استفاده از این مواد را به دفعات مورد آزمایش قرار داده‌اند که در یکی از آنها برگ تولید شده تا 5 ساعت زیرنظر قرار می‌گیرد. محققان با مشاهده بازده قابل توجه برگ و عدم افت خروجی آن در این بازه زمانی نسبت به آینده روشن آن امیدوار شده‌اند. با این حال آنچه این محققان ارائه کرده‌اند هم‌اکنون در مراحل ابتدایی خود قرار دارد. نوکرا با همکاری یک شرکت تحقیقاتی در نظر دارد تا تحقیقات جدیدی را در زمینه افزایش بازده کاری این برگ‌ها و همچنین طول عمر آنها آغاز کنند. نوکرا می‌گوید: این فناوری کاربردهای زیادی خواهد داشت و گرچه هنوز شکل و شمایل چندان جذابی ندارد اما گام‌های برداشته شده در نوع خود امیدوارکننده به شمار می‌آید.

کارشناسان بر این باورند که با تولید این فناوری در مقیاس انبوه و تجاری می‌توان چشم‌اندازی را متصور شد که در آن تغییرات بنیادینی در شیوه‌های مصرف انرژی و روی آوردن به اقتصاد مبتنی بر هیدروژن ایجاد خواهد شد. هم‌اکنون شمار زیادی از مردم در بسیاری از نقاط جهان زندگی بدون برق و روشنایی ناشی از آن را دنبال می‌کنند. اما این فناوری نوین می‌تواند با برخورداری از شاخصه‌های مهمی نظیر پاک بودن، نبود محدودیت در تولید و از همه مهم‌تر تولید انرژی به روشی آسان، کاربردهای زیادی داشته باشد.

البته همچون تمامی فناوری‌های نوینی که با هدف دستیابی به روش‌‌های مؤثرتر و آسان‌تر برای تولید و به‌کارگیری انرژی ارائه می‌شوند، استفاده از این برگ‌ها در نخستین سال‌های پیدایش با مشکلات و چالش‌های زیادی همراه خواهد بود که شاید یکی از مهم‌ترین آنها جستجو برای مواد اولیه ارزان قیمت‌تر است. گرچه نیکل و کبالت به جهت وجود منابع گسترده در سراسر جهان از مقبولیت بالایی نزد محققان و صنعتگران برخوردارند اما عقیده بر این است که باز هم می‌توان به دنبال موادی ارزان قیمت‌تر و فراوان تر روی زمین بود. موادی که از آنها نام برده شد به عنوان کاتالیزور در این برگ‌ها به کار گرفته می‌شوند که به نوعی می‌توان آنها را قلب این برگ‌ها عنوان کرد.

نکته قابل توجه دیگر این است که لزوما قرار نیست برگ‌هایی که به این روش طراحی و ساخته می‌شوند دقیقا مشابه ساختار شناخته شده در برگ‌های طبیعی باشد. تنها هدف محققان در این پروژه فراهم آوردن امکانی است که در آن از نور آفتاب و آب برای تولید انرژی استفاده شود.

این روش یکی از پاک‌ترین روش‌های مؤثر در تولید انرژی است که با اندک تغییراتی در ساختار آن می‌توان حجم انبوهی از انرژی مورد نیاز برای برطرف کردن خواسته‌های روزمره را تأمین کرد. هم‌اکنون بحران انرژی به عنوان یکی از چالش‌های بزرگ فرا روی بشر قرار دارد و گرچه در سال‌های اخیر اقدامات گسترده‌ای برای کنترل رشد جمعیت زمین صورت گرفته است، اما تأمین انرژی برای زندگی این افراد همچنان چالشی فراگیر به شمار می‌آید. پیش‌بینی اولیه محققان بر این است که این فناوری نوین در سال‌های ابتدایی به‌کارگیری در نقاطی از جهان نظیر مناطق آفریقایی و آسیایی به کار گرفته شود. در این مناطق هم‌اکنون شمار قابل توجهی از افراد زندگی بدون برق را تجربه می‌کنند. اما نکته حائز اهمیت این است که در مناطق آفریقایی همواره خورشید می‌تابد و این می‌تواند برگ برنده اصلی برای به کارگیری آن باشد.