تولید آب آشامیدنی و سوخت پاک با نور خورشید

محققان دستگاهی با انرژی خورشیدی ساخته‌اند که آب آلوده را به سوخت هیدروژنی پاک و آب آشامیدنی تبدیل می‌کند.

به گزارش همشهری آنلاین، محققان دستگاهی شناور با انرژی خورشیدی ساخته‌اند که آب آلوده یا آب دریا را به سوخت هیدروژنی پاک و آب آشامیدنی تبدیل می‌کند. این دستگاه می‌تواند در مکان‌هایی با منابع محدود یا دور استفاده شود، چرا که با هر منبع آبی کار می‌کند و نیازی به برق ندارد.

تقسیم آب فوتوکاتالیستی نور خورشید را مستقیما به هیدروژن قابل ذخیره تبدیل می‌کند، اما اغلب برای نصب کارخانه به آب خالص و زمین نیاز دارد، در حالی که گرمای زباله غیرقابل استفاده تولید می‌کند. با توجه به اینکه آب یک منبع گرانبها است، دستگاه فوتوکاتالیستی که بتواند از هر منبع آب تصفیه نشده مانند رودخانه، دریا، مخزن آب یا فاضلاب صنعتی استفاده کند، بسیار ارزشمند خواهد بود.

محققان دانشگاه کمبریج با الهام از فرآیند فتوسنتز، دستگاهی با انرژی خورشیدی ساخته‌اند که قادر به تولید سوخت هیدروژن تمیز و آب آشامیدنی تمیز از آب آلوده یا آب دریا است. محققان می‌گویند که تلفیق تولید سوخت خورشیدی و تولید آب در یک دستگاه کار دشواری است. شکافت آب با انرژی خورشیدی، وقتی که مولکول‌های آب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شوند، باید با آب کاملا خالص انجام شود، زیرا هر گونه آلودگی می‌تواند کاتالیزور را آلوده کند یا باعث واکنش‌های جانبی شیمیایی ناخواسته شود.

محققان می‌خواستند توانایی یک گیاه در فتوسنتز را تقلید کنند، اما برخلاف دستگاه‌های قبلی که سوخت سبز هیدروژنی را از منابع آب تمیز تولید می‌کردند، می‌خواستند دستگاهشان از آب آلوده استفاده کند و در مناطقی که آب پاکیزه به سختی یافت می‌شود، قابل استفاده باشد.

عارفین محمد انور، یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: «در مناطق دورافتاده یا در حال توسعه، که آب پاک نسبتا کمیاب است و زیرساخت‌های لازم برای تصفیه آب به سادگی در دسترس نیست، شکافت آب بسیار دشوار است. دستگاهی که می‌تواند با استفاده از آب آلوده کار کند، می‌تواند دو مشکل را به طور هم‌زمان حل کند: تولید سوخت پاک و آب آشامیدنی.

محققان کمبریج یک فوتوکاتالیست جذب‌کننده نور UV را روی یک شبکه کربنی نانوساختار جذب‌کننده نور مادون قرمز، جاذب خوب نور و گرما، برای تولید بخار آب مورد استفاده فتوکاتالیست برای تولید هیدروژن، قرار دادند. مش کربن متخلخل که برای دفع آب تصفیه شده است، به فتوکاتالیست کمک می‌کند تا شناور شود و آن را از آب آلوده دور نگه دارد تا آلاینده‌ها در عملکرد آن اختلال ایجاد نکنند. علاوه بر این، این پیکربندی به دستگاه اجازه می‌دهد تا از انرژی خورشیدی بیشتری استفاده کند.

انور گفت: «فرآیند نورمحور برای ساخت سوخت‌های خورشیدی تنها از بخش کوچکی از طیف خورشیدی استفاده می‌کند و بخش زیادی از این طیف بدون استفاده می‌ماند.»

بنابراین، محققان از یک لایه سفید و جاذب UV در بالای دستگاه شناور برای تولید هیدروژن از طریق تقسیم آب استفاده کردند. بقیه نور در طیف خورشیدی به پایین دستگاه منتقل می‌شود و آب را تبخیر می‌کند. به گفته محققان، این روش بیشتر شبیه تعرق، فرآیند حرکت آب از درون گیاه و تبخیر آن از قسمت‌های بیرونی مانند برگ، ساقه و گل است.

محققان دستگاه خود را با استفاده از منابع آب آزاد واقعی، از جمله آب رودخانه‌ای در مرکز کمبریج و زباله‌های صنعتی حاصل از صنایع کاغذ آزمایش کردند. در آب دریای مصنوعی، دستگاه پس از ۱۵۴ ساعت ۸۰ درصد عملکرد اولیه خود را حفظ کرد. محققان می‌گویند از آن جایی که فوتوکاتالیست از آلاینده‌های منبع آب جدا شده و نسبتا خشک باقی می‌ماند، دستگاه می‌تواند پایداری عملیاتی خود را حفظ کند.

این دستگاه در برابر آلاینده‌ها بسیار مقاوم است و طراحی شناور به زیرلایه اجازه می‌دهد در آب بسیار کدر یا گل آلود کار کند و آن را به سیستمی همه‌کاره تبدیل کند.

گفتنی است، این مطالعه در مجله «Nature Water» منتشر شد.