محققان دانشگاه کمبریج با استفاده از نوعی پنل خورشیدی موفق شدند بطریهای پلاستیکی بازیافتی را مستقیماً به سوخت هیدروژن پاک و باارزش تبدیل کنند.
دانشمندان سامانهای برپایه انرژی خورشیدی توسعه دادهاند که بطریهای ساختهشده از پلیاتیلن ترفتالات (PET) را که عموماً در بطریهای آب کاربرد دارند دریافت میکند و در خروجی، هیدروژن و سایر مواد شیمیایی مفید تحویل میدهد. در این فرایند، ابتدا پلاستیک به قطعات بسیار ریز آسیاب میشود، سپس با پتاسیم هیدروکسید مخلوط شده و به مدت ۳ روز در دمای ۸۰ درجه سلسیوس حرارت میبیند. این مرحله به تجزیه PET و آزادسازی اتیلن گلیکول منجر میشود که یکی از بلوکهای ساختاری اصلی آن است. پژوهشگران در ادامه هرگونه بقایای باقیمانده از PET را فیلتر کرده و محلول مایع حاصل را وارد رآکتور پنل خورشیدی میکنند.
این پنلهای خورشیدی برخلاف پنلهای معمولی برق تولید نمیکنند، بلکه با کمک نور واکنش شیمیایی خاصی به نام «Photoreforming» به وجود میآورند که طی آن مادهای آلی تجزیه شده و هیدروژن تولید میکند. پوشش فوتوکاتالیست روی پنلها نور خورشید را جذب کرده و از آن برای تولید هیدروژن بهره میبرد. پژوهشگران ابتدا پنلهای کوچک را ارزیابی کردند و سپس یک رآکتور با مساحت ۱ متر مربع متشکل از ۴ پنل بزرگتر ساختند. آزمایشهای بعدی با استفاده از PET نشان داد که همین سازوکار پایه میتواند در مقیاسهای بزرگتر نیز هیدروژن تولید کند.
تولید سوخت هیدروژن سبز و چشمانداز تجاریسازی فناوری خورشیدی
در شرایط فعلی تقاضای زیادی برای هیدروژن وجود دارد. از این عنصر در پالایش نفت و تولید فولاد، متانول و آمونیاک استفاده میشود؛ بااینحال، تنها حدود ۱ درصد از تولید جهانی هیدروژن از نوع کمآلاینده است. بخش عمده آن متکی بر سوختهای فسیلی بوده و برای نمونه در ایالات متحده، تقریباً تمام هیدروژن از طریق تجزیه گاز طبیعی به دست میآید که دیاکسید کربن بسیار زیادی وارد جو میکند. بنابراین امکان تولید هیدروژن سبز بدون انتشار آلایندهها، ردپای کربنی ناشی از این نیاز بزرگ را به شکل چشمگیری کاهش خواهد داد.
فعالان صنعتی بر این باور هستند که در صورت توجیهپذیری اقتصادی، گذار به هیدروژن مزایای فراوانی به دنبال خواهد داشت. بااینحال چالش اصلی، دشواری تولید هیدروژن سبز است؛ موضوعی که پژوهشگران را به سمت توسعه روشهای کاربردیتر هدایت کرده است. یکی از این روشها الکترولیز آب است که از جریان برق برای شکافتن مولکول آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده میکند. به گفته تیم کمبریج، تجزیه آب به انرژی زیادی نیاز دارد و بخشی از این واکنش با سرعت پایینی پیش میرود. روش دیگر نیز تجزیه مستقیم پلاستیک است که معمولاً به وسیله گرما صورت میگیرد تا هیدروژن آزاد شود؛ اما این فرایند علاوهبر مصرف بالای انرژی، کنترلپذیری پایینی بر مواد حاصله دارد.
پژوهشگران برای کاهش هزینهها و بهبود پایداری سیستم اعلام کردهاند که باید نحوه به دام انداختن نور بیشتر خورشید، جذب گستره بالاتری از طیف نور مرئی و افزایش طولعمر فوتوکاتالیستها را بیشتر بررسی کنند. آنها اطمینان دارند که این فرایند شیمیایی جواب میدهد و حالا میخواهند آن را در ابعاد بزرگتر پیاده کنند. در این میان یک ایده جذاب دیگر هم مطرح شده است؛ ساخت پنلی که همزمان با تبدیل پلاستیک به هیدروژن، برق هم تولید کند. از آنجایی که دستگاه فعلی فقط نور فرابنفش (UV) را جذب میکند، میتوان از بقیه طیف نور برای تولید الکتریسیته استفاده کرد؛ هرچند محققان هنوز نگفتهاند که این ایده را دنبال میکنند یا نه.
