15059

فتوسنتز مصنوعي و توليد سوخت

1403

دكتر سمانه قندهاريون

فتوسنتز مصنوعي، به‌عنوان راهكاري الهام‌گرفته از طبيعت براي تبديل مستقيم نور خورشيد به انرژي شيميايي، در دهه اخير پيشرفت‌هاي چشمگيري داشته است. هدف اصلي اين فناوري، توليد سوخت‌هاي پاك و پايدار از طريق شكافت آب و كاهش دي‌اكسيدكربن است. مطالعات آزمايشگاهي نشان داده‌اند كه بازده «خورشيد به سوخت» در سامانه‌هاي شكافت آب بدون باياس از مرز 10 درصد عبور كرده و در شرايط بهينه تا 22 درصد نيز گزارش شده است. در مقايسه، راندمان فتوسنتز طبيعي در گياهان به‌طور معمول كمتر از 1 درصد است. اين اختلاف چشمگير، ضرورت توسعه سامانه‌هاي مصنوعي براي افزايش بهره‌وري و كاهش اتكا به سوخت‌هاي فسيلي را نشان مي‌دهد. در بخش شكافت آب، برگ‌هاي مصنوعي نيمه‌هادي توانسته‌اند به راندمان‌هاي حدود 12 درصد براي توليد هيدروژن برسند، در حالي‌كه برخي سامانه‌هاي تركيبي فوتوترمال–فتوالكتروشيميايي بازدهي نزديك به 15 درصد را ثبت كرده‌اند. در حوزه كاهش دي‌اكسيدكربن، سلول‌هاي جريان گاز-پخش به بازده 19 درصد در توليد مونوكسيدكربن و ميانگين روزانه حدود 5.8 درصد در توليد سوخت دست يافته‌اند. همچنين در مقياس آزمايشي 103 متر مربع، توليد روزانه بيش از 18 متر مكعب مونوكسيدكربن با بازده بالاي 16 درصد گزارش شده است. برخي سامانه‌هاي نوين توانسته‌اند گاز سنتزي با نسبت مولي مناسب توليد كنند كه امكان استفاده مستقيم در فرايند فيشر-تروپش براي سنتز سوخت‌هاي مايع را فراهم مي‌كند. از منظر طراحي مواد، استفاده از جاذب‌هاي پرُوسكايتي، كاتاليزگرهاي نانوساختاري و تركيب الكترودهاي نوري با راكتورهاي جريان، نقش كليدي در بهبود بازده و پايداري داشته است. توسعه برگ‌هاي شناور سبك نيز فرصت‌هاي تازه‌اي براي استقرار اين فناوري بر روي آب‌هاي آزاد و منابع وسيع آبي ايجاد كرده است. با اين حال، چالش‌هايي مانند دوام طولاني‌مدت جاذب‌ها، مديريت ميان‌فازهاي ناهمگن و كاهش هزينه كاتاليزگرها همچنان پابرجاست. از بعد اقتصادي، ارزش بازار جهاني فتوسنتز مصنوعي در سال 2023 حدود 80 ميليون دلار برآورد شده و پيش‌بيني مي‌شود تا 2030 به بيش از 190 ميليون دلار برسد كه معادل رشد سالانه 13 درصد است. اين روند رو به رشد نشان‌دهنده توجه روزافزون صنايع و دولت‌ها به فناوري‌هاي خورشيدي-شيميايي و نقش آن در دستيابي به اهداف كربن خنثي است. در مجموع، عبور از آستانه 10 درصد در شكافت آب، ثبت راندمان‌هاي 15 تا 22 درصد در سامانه‌هاي تركيبي، دستيابي به بازده 19 درصد در كاهش دي‌اكسيدكربن، و آزمايش موفق در مقياس صد متر مربع، همگي بيانگر آن است كه فتوسنتز مصنوعي به‌تدريج از مرحله آزمايشگاهي فراتر رفته و به گزينه‌اي عملي براي توليد سوخت‌هاي آينده نزديك مي‌شود.

10/8/2025 12:00:00 AM

87579

1404/07/16