‘ใบไม้เทียม’ ลอยน้ำ ปั่นกระแสการผลิตเชื้อเพลิงสะอาด

นักวิจัยได้พัฒนา ‘ใบประดิษฐ์’ ที่ลอยได้ซึ่งสร้างเชื้อเพลิงสะอาดจากแสงแดดและน้ำ และในที่สุดก็สามารถทำงานในทะเลขนาดใหญ่ได้

นักวิจัยได้พัฒนา ‘ใบประดิษฐ์’ ที่ลอยได้ซึ่งสร้างเชื้อเพลิงสะอาดจากแสงแดดและน้ำ และในที่สุดก็สามารถทำงานในทะเลขนาดใหญ่ได้
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ได้ออกแบบอุปกรณ์ที่บางเฉียบและยืดหยุ่นได้ ซึ่งได้แรงบันดาลใจจากการสังเคราะห์แสง ซึ่งเป็นกระบวนการที่พืชเปลี่ยนแสงแดดเป็นอาหาร เนื่องจากอุปกรณ์ขับเคลื่อนอัตโนมัติที่มีต้นทุนต่ำมีน้ำหนักเบาพอที่จะลอยได้ จึงสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างทางเลือกที่ยั่งยืนแทนการใช้น้ำมันเบนซินโดยไม่ต้องใช้พื้นที่บนบก

การทดสอบกลางแจ้งของใบไม้ที่มีน้ำหนักเบาบนแม่น้ำแคม ซึ่งอยู่ใกล้กับสถานที่สำคัญของเคมบริดจ์ เช่น สะพานถอนหายใจ ห้องสมุดนกกระจิบ และโบสถ์คิงส์คอลเลจ แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถแปลงแสงแดดเป็นเชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่ากับใบพืช

นี่เป็นครั้งแรกที่มีการผลิตเชื้อเพลิงสะอาดในน้ำ และหากขยายขนาดขึ้น ใบไม้เทียมก็สามารถนำมาใช้กับทางน้ำที่เป็นมลพิษ ในท่าเรือ หรือแม้แต่ในทะเล และอาจช่วยลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลของอุตสาหกรรมการเดินเรือทั่วโลกได้ รายงาน ผลการวิจัยใน วารสาร Nature

ในขณะที่เทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียน เช่น ลมและพลังงานแสงอาทิตย์ มีราคาถูกลงอย่างเห็นได้ชัดและมีจำหน่ายมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การขนส่ง การแยกคาร์บอนออกนั้นเป็นคำสั่งซื้อที่สูงกว่ามาก การค้าโลกประมาณ 80% ขนส่งโดยเรือบรรทุกสินค้าที่ขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิล แต่ภาคส่วนนี้กลับได้รับความสนใจเพียงเล็กน้อยอย่างน่าทึ่งในการหารือเกี่ยวกับวิกฤตสภาพภูมิอากาศ

เป็นเวลาหลายปีแล้ว ที่กลุ่มวิจัยของศาสตราจารย์เออร์วิน ไรส์เนอร์ ในเคมบริดจ์ได้ทำงานเพื่อแก้ไขปัญหานี้โดยการพัฒนาวิธีแก้ปัญหาอย่างยั่งยืนสำหรับน้ำมันเบนซินซึ่งอยู่บนพื้นฐานของหลักการสังเคราะห์ด้วยแสง ในปีพ.ศ. 2562 พวกเขาได้พัฒนา ใบประดิษฐ์ซึ่งทำให้ซินกัสซึ่งเป็นตัวกลางสำคัญในการผลิตสารเคมีและยาหลายชนิด ตั้งแต่แสงแดด คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ

ต้นแบบก่อนหน้านี้สร้างเชื้อเพลิงโดยการรวมตัวดูดซับแสงสองตัวเข้ากับตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม รวมพื้นผิวแก้วหนาและสารเคลือบป้องกันความชื้น ซึ่งทำให้อุปกรณ์มีขนาดใหญ่

“ใบประดิษฐ์สามารถลดต้นทุนการผลิตเชื้อเพลิงอย่างยั่งยืนได้อย่างมาก แต่เนื่องจากทั้งใบทั้งหนักและเปราะบาง จึงเป็นเรื่องยากที่จะผลิตตามขนาดและการขนส่ง” ดร. Virgil Andrei จาก Yusuf Hamied Department of Chemistry ของ Cambridge กล่าว – ผู้เขียนนำ

Reisner หัวหน้าทีมวิจัยกล่าวว่า “เราต้องการดูว่าเราสามารถตัดวัสดุที่อุปกรณ์เหล่านี้ใช้ไปได้มากเพียงใด โดยที่ไม่กระทบต่อประสิทธิภาพการทำงาน “ถ้าเราสามารถตัดแต่งวัสดุให้เหลือได้มากพอที่มันจะเบาพอที่จะลอยได้ มันก็จะเป็นการเปิดช่องทางใหม่ให้สามารถใช้ใบประดิษฐ์เหล่านี้ได้”

สำหรับใบไม้เทียมรุ่นใหม่ นักวิจัยได้รับแรงบันดาลใจจากอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเทคนิคการย่อขนาดได้นำไปสู่การสร้างสมาร์ทโฟนและจอแสดงผลที่ยืดหยุ่น ซึ่งปฏิวัติวงการ

ความท้าทายสำหรับนักวิจัยของเคมบริดจ์คือการวางตัวดูดซับแสงลงบนพื้นผิวที่มีน้ำหนักเบาและป้องกันการซึมผ่านของน้ำ เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ ทีมงานได้ใช้โลหะออกไซด์ที่เป็นฟิล์มบางและวัสดุที่เรียกว่าเพอรอฟสกีต์ ​​ซึ่งสามารถเคลือบลงบนพลาสติกที่มีความยืดหยุ่นและฟอยล์โลหะ อุปกรณ์ดังกล่าวถูกเคลือบด้วยชั้นคาร์บอนที่บางและกันน้ำได้ในระดับไมโครเมตร ซึ่งป้องกันการเสื่อมสภาพของความชื้น พวกเขาลงเอยด้วยอุปกรณ์ที่ไม่เพียง แต่ใช้งานได้ แต่ยังดูเหมือนใบไม้จริงอีกด้วย

“การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าใบประดิษฐ์เข้ากันได้กับเทคนิคการประดิษฐ์ที่ทันสมัย ​​ซึ่งถือเป็นก้าวแรกสู่ระบบอัตโนมัติและการเพิ่มขนาดของการผลิตเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์” Andrei กล่าว “ใบไม้เหล่านี้รวมข้อดีของเทคโนโลยีเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่เข้าด้วยกัน เนื่องจากมีสารแขวนลอยแบบผงน้ำหนักเบาและประสิทธิภาพสูงของระบบแบบมีสาย”

การทดสอบใบประดิษฐ์ใหม่พบว่าสามารถแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน หรือลด CO 2 ให้กลายเป็นซิงกาสได้ แม้ว่าจะต้องมีการปรับปรุงเพิ่มเติมก่อนที่จะพร้อมสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ นักวิจัยกล่าวว่าการพัฒนานี้เป็นการเปิดช่องทางใหม่ในการทำงาน

“โซลาร์ฟาร์มได้รับความนิยมในการผลิตไฟฟ้า เรานึกภาพฟาร์มที่คล้ายกันสำหรับการสังเคราะห์เชื้อเพลิง” Andrei กล่าว “สิ่งเหล่านี้สามารถจัดหาการตั้งถิ่นฐานชายฝั่ง เกาะห่างไกล ครอบคลุมบ่ออุตสาหกรรม หรือหลีกเลี่ยงการระเหยของน้ำจากคลองชลประทาน”

“เทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนจำนวนมาก รวมถึงเทคโนโลยีเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์ สามารถใช้พื้นที่บนบกได้จำนวนมาก ดังนั้นการย้ายการผลิตไปยังแหล่งน้ำเปิดหมายความว่าพลังงานสะอาดและการใช้ที่ดินไม่ได้แข่งขันกัน” ไรส์เนอร์กล่าว “ในทางทฤษฎี คุณสามารถพับอุปกรณ์เหล่านี้และวางไว้เกือบทุกที่ ในเกือบทุกประเทศ ซึ่งจะช่วยในเรื่องความมั่นคงด้านพลังงานด้วย”

การวิจัยได้รับการสนับสนุนบางส่วนโดย European Research Council, Cambridge Trust, Winton Program for the Physics of Sustainability, Royal Academy of Engineering และ Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ UK Research and Innovation ( ยูเคอาร์ไอ) Virgil Andrei และ Erwin Reisner เป็น Fellows of St John’s College, Cambridge

อ้างอิง:
Virgil Andrei และคณะ ‘ อุปกรณ์ perovskite-BiVO4 แบบลอยตัวสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์ที่ปรับขนาดได้ ‘ ธรรมชาติ (2022). ดอย: 10.1038/s41586-022-04978-6

หน้าแรก