ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

نانوابزاری برای تولید ارزان قیمت هیدروژن

محققان دانشگاه میشیگان با استفاده از نانوساختار نیترید گالیم، ابزاری ساختند که نور خورشید را برای شکافتن مولکول آب مورد استفاده قرار می‌دهد. این ابزار با قیمت پایین هیدروژن تولید می‌کند.

محققان ابزاری برای فتوسنتز مصنوعی ساختند که با استفاده از آن می‌توان دی‌اکسیدکربن را دوباره به سوخت تبدیل کرد. همچنین این ابزار با استفاده از نور خورشید، مولکول آب را شکسته و هیدروژن تولید می‌کند. از نظر محققان، هیدروژن پاک‌ترین سوخت است، اما تولید آن زیست‌سازگار نیست. روش‌های رایج تولید هیدروژن، مبتنی بر مصرف گاز یا الکتریسیته است، اما این دستگاه مستقیم نور خورشید را برای شکستن مولکول آب استفاده می‌کند.

زتیان می از محققان دانشگاه میشیگان می‌گوید: «اگر ما بتوانیم انرژی خورشیدی را به سوخت شیمیایی تبدیل کنیم، یکی از چالش‌های بنیادی حل می‌شود؛ کاری که طبیعت هر روزه انجام می‌دهد.»

یکی از مشکلات اصلی استفاده از نور خورشید آن است که نمی‌توان آن را به سادگی ذخیره‌سازی کرد. در این ابزار از نیترید گالیم و سیلیکون (ماده‌ی رایج در LED) استفاده می‌شود. این دستگاه تنها با استفاده از نور خورشید و آب شور می‌تواند مقدار زیادی هیدروژن تولید کند.

ابزار قبلی که پیش از این برای شکافتن مولکول آب ساخته شده بود از کارایی بسیار پایینی در حد یک درصد برخوردار است.  راهبردهای دیگر نیز بسیار پرهزینه و با کارایی پایین هستند و مواد مورد استفاده در آن‌ها ناپایدار است. این ابزار جدید کارایی سه درصدی برای تولید هیدروژن دارد. برای افزایش پایداری آن، محققان از نانوساختارهای نیترید گالیم استفاده کردند. این نانوساختار موجب تبدیل نور خورشید یا فوتون به الکترون‌های متحرک یا حفره‌های دارای بار مثبت می‌شود. این بارها نیز موجب شکستن مولکول آب و تولید هیدروژن و اکسیژن می‌شوند.

کارایی سه درصد شاید کم به نظر برسد، اما زمانی که با فتوسنتز طبیعی(با کارایی 0.6 درصدی) مقایسه شود، کارایی آن قابل توجه خواهد بود. برای تجاری‌سازی باید کارایی به 5 درصد برسد، اما این گروه تحقیقاتی قصد دارند تا به کارایی 20 تا 30 درصد برسند.

این گروه تحقیقاتی فعالیت مشابهی را در دست انجام دارند که در آن به دنبال تبدیل دی‌اکسیدکربن به هیدروکربن‌هایی نظیر متانول هستند.