ارائه روشی برای تولید و ذخیره‌سازی انرژی از منابع تجدیدپذیر

دکتر محمدمهدی نجف‌پور، در خصوص کاتالیزورهای اکسیدکننده آب، تمرکز تحقیقاتی خود را واتر اکسیدیشن در حضور ترکیبات فلزی عنوان کرد و گفت: به نظر من ما انسان‌های خوشبختی هستیم، چون با علم و فناوری که در اختیار داریم، با مشکلاتی که اجداد ما با آن‌ها روبرو بودند، ما با آن‌ها مواجه نیستیم.

وی ادامه داد: ولی از سوی دیگر ما با یکسری از مشکلات جدیدتری مواجه هستیم، ازجمله آن‌که با استفاده بیش از حد از سوخت‌های فسیلی با مشکلات محیط زیستی مواجهیم. این چالش در گذشته تنها در شهرهای بزرگ بود ولی اکنون حتی در شهرهای کوچک این مشکل ایجاد شده است؛ از این رو لازم است به علم و فناوری رجوع کنیم و ببینیم که باید چه راهکاری برای رفع این چالش اتخاذ کنیم.

این محقق دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان یکی از راهکارهای چالش آلودگی هوای ناشی از سوخت‌های فسیلی را، حذف این سوخت‌ و جایگزین شدن سوخت‌های تجدیدپذیر عنوان کرد و افزود: ولی یکی از مشکلات سوخت‌های تجدیدپذیر این است که در مواقع خاصی چون شب‌ها و روزهای ابری امکان استفاده از این منابع نیست؛ از این رو ذخیره‌سازی آن بسیار حائز اهمیت است.

نجف‌پور ادامه داد: با نگاهی به طبیعت متوجه می‌شویم که فرآیند فتوسنتز، فرایند ذخیره‌سازی را به خوبی انجام می‌دهد، به این صورت که نور خورشید را دریافت کرده و طی یکسری واکنش‌های پیچیده و استخراج الکترون‌ها از آب، آن‌ها را به ترکیباتی چون CO2، هیدرات‌ها و چربی‌ها تبدیل می‌کند و ما می‌توانیم در مواقعی که خورشید در آسمان نیست، از این منابع بهره ببریم.

وی با تأکید بر استفاده از روش‌های نوین برای ذخیره‌سازی انرژی، اضافه کرد: هیدروژن یک ماده ذخیره‌کنننده است؛ چون با سوختن، تنها آب تولید می‌کند و آلودگی ندارد، البته باید این مسئله را مد نظر داشته باشیم که هر شعله‌ای مقداری هیدروژن و اکسیژن را با هم ترکیب می‌کند که این ترکیب مقداری آلوده‌کننده است.

وی یادآور شد: برای حذف این ترکیب آلوده از فیوسل‌ها بدون آنکه نیاز به شعله داشته باشد، می‌توان آن را تبدیل به الکتریسته کرد، ضمن آنکه در بررسی هیدروژن متوجه می‌شویم که نسبت به بسیاری از مواد، بیشترین مقدار انرژی نسبت به وزن را دارد و این می‌تواند بهترین ویژگی برای سوخت باشد.

به گفته این محقق هرچند که هیدروژن قابل انفجار است، ولی این برتری را دارد که زود پخش شود؛ به این معنی که اگر هیدروژن در محیطی پخش شود، با باز شدن پنجره از محیط خارج خواهد شد و خطر انفجار برطرف خواهد شد.

نجف‌پور هیدروژن را یک ماده غیر سمی توصیف کرد و گفت: هیدروژن از روش‌های مختلفی تولید می‌شود که یکی از این روش‌ها که در این تحقیقات مد نظر قرار دادیم، «الکترولیز آب» است. در این روش انرژی خورشیدی و یا باد به الکتریسته تبدیل می‌شود و انرژی الکتریسته به آب داده و آن را تبدیل به هیدروژن و اکسیژن می‌کند که هر دوی این مواد، جزو محصولات سودمندی هستند.

وی به یکی از طرح‌ها در دانشگاه هاروارد در این زمینه اشاره کرد و افزود: این محققان روش Personalize Energy ارائه کردند که طی آن هر فردی با یک پکیج که شامل پیل‌های خورشیدی است، انرژی خود را از خورشید دریافت کند، مقداری از این انرژی از طریق الکترولایزرها به هیدروژن و اکسیژن تبدیل شود و فرد می‌تواند از این انرژی در شب‌ها استفاده کند.

این دانش‌آموخته دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان اضافه کرد: ولی مشکل این روش آن است که در فرآیند الکترولیز، هیدروژن تولید شده، انرژی زیادی را نمی‌طلبد، ولی فرآیند اکسیژن تولید شده در این فرآیند، چهار الکترونی است؛ از این رو انرژی زیادی به سیستم تحمیل می‌شود که با تحمیل این میزان از انرژی به سیستم احتمال خوردگی وجود دارد.

نجف‌پور با بیان اینکه تیم تحقیقاتی ما بر روی اکسیدکننده آب متمرکز شده است، یادآور شد: در این زمینه از نانو شیمی، فتوشیمی استفاده کردیم. ترکیبات مختلفی برای اکسایش آب استفاده شد و گروه ما در زمینه این واکنش‌ها، تحقیقات گسترده‌ای را اجرایی کرد و از میان ترکیباتی که تاکنون وجود دارد، مشاهده کردیم که بسیاری از ترکیبات آب را اکسید نمی‌کنند، بلکه تبدیل به یکسری تبدیلات دیگر می‌شوند.

وی خاطر نشان کرد: تحقیقات 10 ساله ما نشان می‌دهد که ترکیبات «منگنزاکسید»، ترکیبات کمپلکس‌های منگنز و انواع ترکیبات سولفیدی ضمن انجام اکسید آب، خودشان تبدیل به یکسری اکسیدهای منگنز می‌شوند که این امر اهمیت زیادی دارد؛ چراکه می‌توانیم با استفاده از آن کاتالیست‌های جدیدی را سنتز کنیم و متوجه شویم که این سیستم‌ها به چه‌صورت کار می‌کنند.

وی خاطرنشان کرد: علاوه بر آن تحقیقات جدید ما که با استفاده از تکنولوژی مدرن در کشور سوئیس به دست آمد، نشان می‌دهد که با استفاده از سیستم‌هایی که در جا کار می‌کنند (حین انجام آزمایش) دیده شده که نانو ذرات فلزی ایجاد می‌شوند.