استفاده از برگ های مصنوعی در محیط غیر آزمایشگاهی

استفاده از برگ های مصنوعی که تا به حال تولید می شدند، محدود به محیط های آزمایشگاهی بود. اما اکنون با راهکار پیشنهادی توسط یک گروه تحقیقاتی می توان از این برگ های مصنوعی در محیط های خارج از آزمایشگاه نیز استفاده کرد.

همانطور که می دانید فتوسنتز فرآیندی است که در آن گیاهان از آب و دی اکسید کربن موجود در هوا برای تولید کربوهیدرات و به کمک انرژی نور خورشید، استفاده می کنند.

سازوکار برگ های مصنوعی به این شکل است که همین عملیات فتوسنتز را تقلید نمایند که در نتیجه باعث کاهش میزان گاز CO2 موجود در جو زمین خواهد شد.

نکته ای که حائز توجه بوده آن است که این فرآیند تنها محدود به محیط داخلی آزمایشگاه هاست؛ چرا که از دی اکسید کربن خالص و تحت فشار موجود در مخازن استفاده می کنند.

حالا اما پژوهشگران دانشگاه ایلینویز در شهر شیکاگو ایالات متحده راهکاری داده اند که با استفاده از آن می توان برگ های مصنوعی را از آزمایشگاه بیرون آورد و به محیط های خارجی برد.

برگ توسعه داده شده توسط این تیم تحقیقاتی که از CO2 (به عنوان یک گاز گلخانه ای قوی) گرفته شده از هوا استفاده می کند، دست کم ۱۰ برابر در تبدیل دی اکسید کربن به سوخت،، بهتر از برگ های طبیعی عمل خواهد کرد.

نتایجی که این تیم از آزمایشات خود به دست آورده اند، در مجله ACS Sustainable Chemistry & Engineering منتشر شده و قابل مطالعه است.

نویسنده مقاله منتشر شده در این ژورنال که استادیار دپارتمان مهندسی شیمی در کالج مهندسی دانشگاه ایلینویز است، «مینش سینگ» نام دارد که در خصوص این طرح گفت:

«تا به حال همه طراحی هایی که برای برگ های مصنوعی در آزمایشگاه انجام شده، از دی اکسید کربن موجود در مخازن فشرده شده استفاده کرده اند. برای آنکه همچین پروژه ای را در دنیای واقعی پیاده کنیم، این دستگاه ها باید بتوانند CO2 را از منابع رقیق تری چون هوا و گازهای دودکشی (ناشی از سوخت زغال سنگ در نیروگاه ها) جذب نمایند.»

سینگ به کمک همکارش، «آدیتیا پراجپات» که دانشجوی تحصیلات تکمیلی در آزمایشگاه سینگ است، در راستای حل این مشکل راهکاری پیشنهاد دادند که در آن برگ مصنوعی سنتی درون یک کپسول شفاف ساخته شده از یک غشای نیمه نفوذ پذیر رزین آمونیم چهارتایی که با آب محاصره شده است، بسته بندی می گردد.

تبخیر آب از داخل به خارج توسط نور خورشید، وظیفه این غشا است.

همانطور که آب از طریق غشا عبور می کند، دی اکسید کربن به طور انتخابی هوا را به داخل می کشد. واحد فتوسنتز مصنوعی داخل کپسول از یک جاذب نور با پوشش کاتالیزوری تشکیل شده است که CO2 را به CO تبدیل می کند.

گفتنی است که مونوکسید کربن می تواند به عنوان پایه ای برای ایجاد سوخت های مصنوعی گوناگون مورد بهره برداری قرار گیرد.

به این ترتیب گاز اکسیژن تولید می شود و قادر است به محیط اطراف منتقل شود و یا جمع گردد.

سینگ اشاره کرد:

«با تعبیه و قرار دادن فناوری برگ های مصنوعی سنتی در این غشای مخصوص، کل این واحد می تواند عملکردی مشابه یک برگ طبیعی در خارج از آزمایشگاه داشته باشد.»

آنطور که از محاسبات این تیم پژوهشی دانشگاه ایلینویز بر می آید، ۳۶۰ برگ که هر کدام ۷/۱ متر طول و ۲ متر پهنا دارند، در هر روز نیم تن مونوکسید کربن تولید خواهند کرد که می تواند به عنوان پایه برای ایجاد سوخت های مصنوعی استفاده شود.

این تعداد برگ محیطی به مساحت ۵۰۰ متر مربع را پوشش می دهد که می تواند سطح دی اکسید کربن را در شعاع ۱۰۰ متری به میزان ۱۰٪ در یک روز کاهش دهد.

استادیار دپارتمان شیمی این دانشگاه خاطر نشان کرد:

«طراحی مفهومی ما از مواد و فناوری هایی که به سادگی در دسترس هستند استفاده می کند که وقتی با یکدیگر ترکیب شوند، برگ های مصنوعی را می سازند که قادر است در محیط بیرون از آزمایشگاه مستقر شود؛ جایی که می تواند نقش مهمی را در کاهش میزان گازهای گلخانه ای موجود در جو داشته باشد.»

لازم به ذکر است که این پژوهش در آزمایشگاه مواد و سیستم های مهندسی دانشگاه ایلینویز ایالات متحده آمریکا انجام شده است. 

دپارتمان مهندسی شیمی، حمایت مالی انجام این پژوهش را بر عهده داشت؛ اقدام شایسته ای که باید در کشور ایران هم مدنظر مسئولات دانشگاهی قرار گیرد.