در این مقاله درباره پنل خورشیدی می‌خوانید: محققان شیمی فناوری خورشیدی را برای تولید گاز گلخانه ای کم ضررتر تغییر می دهند؛ جزئیات این موضوع برای فعالان صنعت پنل خورشیدی در ادامه آمده است.

محققان دپارتمان شیمی UNC-Chapel Hill از نیمه هادی ها برای برداشت و تبدیل انرژی خورشید به ترکیبات پر انرژی استفاده می کنند که پتانسیل تولید سوخت های سازگار با محیط زیست را دارند.

در مقاله منتشر شده در ACS Energy Letters، “خاتمه متیل (Methyl) سیلیکون نوع p باعث کاهش انتخابی CO2 فوتوالکتروشیمیایی توسط یک کاتالیزور مولکولی روتنیم (ruthenium) می شود.” محققان توضیح می دهند که چگونه از فرآیندی به نام خاتمه متیل (Methyl termination) استفاده می کنند که از یک ترکیب آلی ساده از یک کربن استفاده می کند. اتم به سه اتم هیدروژن پیوند می زند تا سطح سیلیکون را که یک جزء ضروری در سلول های خورشیدی است، اصلاح کند تا عملکرد آن در تبدیل دی‌اکسید کربن به مونوکسید کربن با استفاده از نور خورشید بهبود یابد.

این تحقیق با فرآیندی به نام فتوسنتز مصنوعی انجام شد که نحوه عملکرد گیاهان در استفاده از نور خورشید را برای تبدیل دی اکسید کربن به مولکول های غنی از انرژی تقلید می کند.

دی اکسید کربن یکی از گازهای گلخانه ای اصلی است که به تغییرات آب و هوایی منجر می شود. با تبدیل آن به مونوکسید کربن، که یک گاز گلخانه ای کمتر مضر و یک بلوک ساختمانی برای سوخت های پیچیده تر است، محققان گفتند که به طور بالقوه می توانند اثرات زیست محیطی انتشار دی اکسید کربن را کاهش دهند.

گابریلا بین، نویسنده اول مقاله و دکترا، می‌گوید: «یکی از چالش‌های انرژی خورشیدی این است که همیشه زمانی که ما بیشترین نیاز را به آن داریم، در دسترس نیست. چالش دیگر این است که الکتریسیته تجدیدپذیر، مانند برق ناشی از صفحات خورشیدی، مستقیماً مواد خام مورد نیاز برای ساخت مواد شیمیایی را تامین نمی کند. هدف ما ذخیره انرژی خورشیدی به شکل سوخت های مایع است که میتواند بعداً مورد استفاده قرار گیرد.
محققان از یک کاتالیزور مولکولی روتنیم با یک تکه سیلیکون اصلاح شده شیمیایی به نام فوتوالکترود استفاده کردند که با استفاده از انرژی نور بدون تولید محصولات جانبی ناخواسته مانند گاز هیدروژن، تبدیل دی اکسید کربن به مونوکسید کربن را تسهیل کرد و این فرآیند را برای تبدیل کربن دی اکسید به مواد دیگر کارآمدتر کرد.

جیلیان دمپسی، یکی از نویسندگان مقاله و پروفسور بومن و گوردون گری، گفت که وقتی آزمایش‌هایی را در محلولی پر از دی اکسید کربن انجام دادند، متوجه شدند که می‌توانند مونوکسید کربن را با بازده 87 درصد تولید کنند، به این معنی که سیستم از فوتوالکترودهای سیلیکونی اصلاح شده قابل مقایسه یا بهتر از سیستم هایی هستند که از الکترودهای فلزی سنتی مانند طلا یا پلاتین استفاده می کنند.

علاوه بر این، فوتوالکترود سیلیکونی 460 میلی ولت انرژی الکتریکی کمتری برای تولید واکنش مصرف کرد. دمپسی این را مهم خواند زیرا این فرآیند از برداشت مستقیم نور برای تکمیل یا جبران انرژی لازم برای هدایت واکنش شیمیایی که دی اکسید کربن را به مونوکسید کربن تبدیل می کند، استفاده می کند.

دمپسی می‌گوید: «چیز جالب این است که معمولاً سطوح سیلیکونی به جای مونوکسید کربن، گاز هیدروژن می‌سازند، که تولید آن از دی‌اکسید کربن را سخت‌تر می‌کند.

“با استفاده از این سطح سیلیکونی خاص با پایانه متیل، ما توانستیم از این مشکل جلوگیری کنیم. اصلاح سطح سیلیکون، فرآیند تبدیل CO2 به مونوکسید کربن را در آینده کارآمدتر و انتخابی تر می کند، که می تواند برای ساخت سوخت های مایع از نور خورشید در محیط بسیار مفید باشد.”
نویسنده: دپارتمان خبری آرا نیرو
منبع : University of North Carolina at Chapel Hill

تحقیقات جدید در اصلاح شیمیایی سطوح نیمه‌هادی نشان می‌دهد که ظرفیت پنل خورشیدی تنها به تولید مستقیم الکتریسیته محدود نمی‌شود، بلکه می‌تواند در فرآیندهای فتوسنتز مصنوعی برای تثبیت کربن و تبدیل آن به سوخت‌های باارزش نقش ایفا کند. سیلیکون به عنوان عنصر پایه در تولید این تجهیزات، هنگامی که با ترکیبات آلی بهینه‌سازی شود، امکان واکنش‌های شیمیایی کارآمد را فراهم می‌سازد. بدین ترتیب پنل خورشیدی بستری فراتر از سامانه‌های رایج برق‌رسانی یافته و افق‌های تازه‌ای برای مدیریت آلاینده‌ها پدید می‌آورد.

برای صنایع نفت، گاز و پتروشیمی ایران که حجم قابل توجهی دی‌اکسید کربن تولید می‌کنند، توسعه فناوری‌های مرتبط با پنل خورشیدی می‌تواند راهکاری مؤثر در مسیر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای باشد. پیوند زدن این واحدهای صنعتی با سیستم‌های نوین انرژی علاوه بر کاهش اثرات زیست‌محیطی، پتانسیل تولید پیش‌سازهای سوختی و مواد اولیه شیمیایی را فراهم می‌کند. ادغام پنل خورشیدی در طرح‌های پایش کربن، امکان حرکت به سوی اقتصاد کم‌کربن را بدون توقف در چرخه‌های تولید صنعتی کشور مهیا می‌سازد.

یکی از گلوگاه‌های اصلی در بهره‌برداری پیوسته از سامانه‌های مبتنی بر پنل خورشیدی، عدم تطابق زمان تابش با زمان اوج مصرف است. تبدیل مستقیم تابش به سوخت مایع با استفاده از سلول‌های اصلاح‌شده، چالش ذخیره‌سازی انرژی را بدون نیاز به زیرساخت‌های باتری سنگین کاهش می‌دهد. در اجرای پروژه‌های آتی، بهره‌گیری از پنل خورشیدی در قالب راکتورهای فوتوالکتروشیمیایی می‌تواند ماندگاری انرژی را افزایش دهد و فرآیند انتقال حامل‌های انرژی تجدیدپذیر را در زنجیره‌های مصرف تسهیل کند.

چشم‌انداز ذخیره‌سازی انرژی و کاربرد پنل خورشیدی

ترکیب روش‌های فتوسنتز مصنوعی با فناوری پنل خورشیدی گامی نوین برای مهار گازهای آلاینده و ذخیره پایدار انرژی است. با گسترش این راهکارها در کنار تولید برق خورشیدی، می‌توان سوخت‌های پاک تولید کرد و بازدهی بهره‌برداری از منابع تجدیدپذیر را ارتقا داد.

برای آمار جهانی بیشتر، گزارش آژانس بین‌المللی انرژی درباره پنل خورشیدی را ببینید.