مترجم: رضا محمدي
مقدار انرژي كه طي يك ساعت از خورشيد به زمين مي‌رسد با انرژي مصرفي بشر طي يك سال برابري مي‌كند. موقعيتي را تصور كنيد كه مي‌شد نياز‌هاي انرژي انسان در زمين را از منبع انرژي‌هاي خورشيدي دريافت نمود، به شكلي كه اقتصادي و مقياس‌پذير بوده و بي‌خطر براي محيط‌زيست باشد. مدت‌هاست كه پژوهشگران اين مسئله را يكي از چالش‌هاي بزرگ قرن بيست و يكم مي‌دانند.
پروفسور دنيل اسپاسيتو، مدت‌هاست مشغول مطالعه الكتروليز آب، يعني تجزيه آب به اكسيژن(O2) و سوخت هيدروژن (H2)، به عنوان راهي براي تبديل الكتريسيته از فتوولتائيك خورشيدي (PVs) به سوخت هيدروژني قابل ذخيره بوده است. هيدروژن سوخت تميزي است كه در حال حاضر به عنوان نيروي پيش‌راننده راكت‌ها در برنامه‌هاي فضايي ناسا از آن استفاده مي‌گردد و انتظار مي‌رود كه نقش مهمي را در آينده انرژي پايدار ايفا كند.
امروزه اكثريت غالب هيدروژن به وسيله گاز طبيعي از طريق فرايندي كه «بازسازي متان بخار» نام دارد توليد مي‌گردد كه همزمان كربن دي اكسيد هم توليد مي‌نمايد. اما الكتروليز آب با استفاده از الكتريسيته PV خورشيدي راه روشني را براي توليد هيدروژن بدون آزاد شدن كربن دي اكسيد پيش رويمان قرار مي‌دهد.
محققان به تازگي دستگاه الكتروليز فوتوولتائيك جديدي ساخته‌اند كه مي‌تواند به عنوان سكويي مستقل روي آب‌هاي باز به شكل شناور باقي بماند. اين دستگاه شناور را مي‌توان به دليل شباهت‌هايي كه با دكل‌هاي استخراج نفت در درياهاي عميق دارد «دكل سوخت‌هاي خورشيدي» ناميد، با اين تفاوت كه هيدروژن را با استفاده از نور خورشيد و آب توليد مي‌كند به جاي آنكه از استخراج سوخت از زير سطح دريا بهره بگيرد.
پروفسور اسپاسيتو مي‌گويد: «سادگي در معماري الكتروليزر فوتوولتائيك ما، اينكه فاقد پوسته و تلمبه است، طراحي آن را براي كاربرد آن به‌خصوص در الكتروليز‌هاي دريايي جذاب مي‌كند، چيزي كه مديون ظرفيت آن براي هزينه كمتر و ماندگاري بيشتر در مقايسه با دستگاه‌هاي فعلي مي‌باشد كه داراي پوسته هستند.»
آزمايشگاه مهندسي سوخت‌هاي خورشيدي اسپاسيتو مي‌تواند با در اختيار داشتن فناوري‌هاي خورشيدي و الكتروشيميايي، انرژي خورشيدي فراوان و تجديدپذير را به سوخت‌هاي شيميايي قابل ذخيره‌سازي تبديل كند. محققان مي‌گويند: «ما معتقديم كه نمونه ما اولين شكل از يك سيستم الكتروليزر فوتوولتائيك فاقد پوسته مي‌باشد، كه مي‌تواند الهام‌بخش توليد در مقياس بزرگ‌تر دكل‌هاي سوخت‌هاي خورشيدي باشد كه قادر باشند مقادير بزرگي از سوخت هيدروژني را با كمك نور فراوان خورشيد و آب دريا توليد نمايند به طوري كه فضاي چنداني را اشغال نكنند و نيز سبب آلودگي آبي كه مصرف كشاورزي دارد نشوند.»
محققان با استفاده از دوربين‌هاي فيلمبرداري پر سرعت، انتقال حباب‌هاي اكسيژن و هيدروژن بين الكترود‌ها را كنترل مي‌كردند؛ فرايندي كه با نام «همگذري» شناخته مي‌شود. همگذري بين الكترود‌ها فرايند دلخواهي نيست زيرا سبب كاهش خلوص محصول و به طبع آن نگراني‌هايي در مورد امنيت آن و نياز به واحد‌هاي جداسازي موافق جريان مي‌گردد كه اين خود افزايش هزينه‌ها را به دنبال خواهد داشت.
براي كنترل همگذري‌هاي اكسيژن و هيدروژن، پژوهشگران پنجره‌هايي را ميان همه دستگاه‌هاي الكتروليزر خود جاسازي كردند تا بتوانند فيلم‌هاي پرسرعتي از روند تكامل حباب‌هاي گاز از الكترود‌ها هنگام كار دستگاه داشته باشند. اين فيلم‌ها به طور معمول در مقياس 15 فريم بر ثانيه گرفته شده‌اند.
تيم مذكور در حال ارتقاي طراحي دستگاه‌هاي خود به منظور اجراي عمليات‌هاي كارآمد‌تر در آب دريا مي‌باشد؛ تلاشي كه چالش‌هاي بيشتري را در مقايسه با الكترود‌هاي آبي ايده‌آل مربوط به مطالعات در محيط آزمايشگاهي دربر خواهد داشت. آنان همچنين در تلاشند تا طراحي‌هاي مقياس‌مندتري ايجاد نمايند تا از آن براي ساختن دستگاه‌هاي بزرگ‌تر و با مقياس بيشتر بهره ببرند.
منبع: ساينس ديلي
