ساخت نانوابزاری برای تولید هیدروژن

  یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه کالیفرنیا موفق به ساخت دستگاه تولید هیدورژن شدند که با استفاده از نور خورشید و پساب‌ها، هیدروژن تولید می‌کند.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا به نقل از ستاد نانو، این دستگاه ترکیبی از پیل ‌سوختی‌ میکروبی و یک نوع پیل خورشیدی موسوم به سل فتوالکتروشیمیایی است. در پیل ‌سوختی‌ میکروبی، میکروب‌ها مواد آلی موجود در پساب‌ها را تجزیه کرده و الکتریسیته تولید می‌کنند. الکتریسیته تولید شده در پیل ‌سوختی‌ میکروبی، وارد سل فتوالکتروشیمیایی شده تا با استفاده از انرژی خورشیدی آب را تجزیه کند و در نهایت هیدروژن و اکسیژن تولید کند.

سل فتوالکتروشیمیایی مورد استفاده در این سیستم حاوی آرایه‌هایی از نانوسیم‌های اکسید تیتانیوم (TiO2) است، این آرایه‌ها به عنوان فتوآند عمل می‌کنند. در صورت تابش نور خورشید، نانوسیم‌ها ولتاژ 0.7 ولتی ایجاد می‌کنند.

پیل‌ سوختی‌ میکروبی و سل فتوالکتروشیمیایی هر یک به تنهایی می‌توانند هیدروژن تولید کنند اما هر دوی این ادوات به مقداری ولتاژ، جهت غلبه بر سد انرژی ترمودینامیکی نیاز دارند تا پروتون احیاء شده و گاز هیدروژن تولید شود. این که باید مقداری انرژی الکتریکی به سیستم وارد کرد تا فرآیند انجام شود، موجب پیچیده شدن سیستم‌های تبدیل انرژی می‌شود؛ بنابراین برای تولید ادوات تبدیل انرژی در مقیاس‌های صنعتی باید این سیستم ساده‌سازی شود. این گروه تحقیقاتی با ترکیب پیل ‌سوختی‌ میکروبی و سل فتوالکتروشیمیایی موفق به ساده‌سازی این سیستم شدند.

پیل ‌سوختی‌ میکروبی یک باتری زیستی است که انرژی مورد نیاز خود را، خود تامین می‌کند؛ این باتری نیاز الکتریسیته سل فتوالکتروشیمیایی را تامین می‌کند. بنابراین منبع انرژی این سیستم، انرژی خورشیدی و پساب است. در واقع این روش جدید می‌تواند برای پاک‌سازی آب‌های آلوده و پساب‌ها نیز یک راه حل جدید باشد.

در پیل ‌سوختی‌ میکروبی از یک نوع باکتری غیرمعمول موسوم به باکتری‌های الکتروژنیک استفاده می‌شود. این باکتری‌ها مواد آلی موجود در پساب را مصرف کرده و در طی یک فرآیند متابولیکی الکترون ایجاد می‌کنند؛ این الکترون می‌تواند به یک الکترود خارجی وارد شود.

این گروه تحقیقاتی پساب‌های مختلفی را برای تست این سیستم جدید مورد استفاده قرار دادند، نتایج کار آنها نشان داد که می‌توان با نرخ 0.05 مترمکعب در روز، هیدروژن تولید کرد؛ به صورت موازی در کنار این سیستم تولید انرژی، پساب مورد استفاده در این فرآیند نیز پاک‌سازی می‌شود.

این گروه تحقیقاتی درصدد ساخت نمونه اولیه این دستگاه به صورت صنعتی در حجم 40 لیتر هستند که در صورت موفقیت، می‌توان نمونه‌های بزرگتر صنعتی را نیز تولید کرد.