التخليق الضوئي الإصطناعى

التخليق الضوئي الاصطناعي هو البحث الميداني الذي يحاول تكرار العملية الطبيعية للتخليق الضوئي ، وتحويل ضوء الشمس إلى الماء ، و ثاني أكسيد الكربون أو إلى الكربوهيدرات و الأكسجين. في بعض الأحيان ، تحليل الماء إلى الهيدروجين و الأكسجين باستخدام أشعة الشمس , وهى الطاقة هي التي يشار إليها أيضا التخليق الضوئي الاصطناعي«. وهى العملية الفعلية التي تسمح بنصف التفاعل الضوئي عموما أن تجرى وهى التأكسد الضوئي. هذا تفاعل نصفى يعد ضروريا لفصل جزيئات الماء لأنه يفصل أيونات الهيدروجين و الأكسجين . هذه الأيونات نحن بحاجة إليها لتحويل ثاني أكسيد الكربون الى وقود. ومع ذلك ، فإن الطريقة الوحيدة المعروفة هى بإستخدام عامل مساعد أو محفزا خارجيا، وهو عامل يمكنه أن يكون قادرا على العمل بسرعة وكذلك باستمرار لإمتصاص أشعة الشمس ممثلة بالفوتونات. الأساس العام وراء هذه النظرية هو إنشاء مصنع "مصطنعة" لنوع الوقود المصدر. [1]


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الأبحاث

والبحوث التي تجرى يمكن تقسيمها إلى سلسلة من النهج :


الخلية الضوئية الكهروكيميائية

ويجري البحث في العثور على عامل محفز الذى يمكنه تحويل المياه ، وثاني أكسيد الكربون ، وأشعة الشمس إلى الكربوهيدرات. و كان أول نوع من المواد المحفزة وعادة ما تستخدمه الطبيعة هو المتطورة المعقدة لتحريرالأكسجين. بعد أن درسنا هذا المركب المعقد ، فإن الباحثين قد قدموا محفزات مثل blue dimer لتقليد وظيفته ، ولكن هذه المحفزات كانت غير فعالة للغاية.ويوجد حافز آخر تم ترتيبه من قبل بول كوجيرلير[2], والذي يستخدم أربعة ذرات روثينيوم.

العوامل المحفزة المحولة للكربوهيدرات, وتستخدم في الطبيعة هى hydrogenase و العوامل المحفزة التى إبتكرها المهندسون هى mimic the hydrogenases و هى تشمل عاملا محفزاطوره سيدريك تارد,[3] ذرة الروديوم عاملا محفزا من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، [4] والكوبالت عاملا محفزا من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.[5] الدكتور نوتشيرا من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هي التي تتلقى تمويلا من مكتب القوة الجوية للبحث العلمي للمساعدة في إجراء التجارب اللازمة للمضي قدما في العامل المحفز الكوبالت البحوث التى تملها الحكومة ساعدت د. نوتشيرا في جعل البحوث ممكنة ، وهذا بدوره أدى إلى تزويدهم بنتائج قوية.[6]

المميزات

بإستخدام التخليق الضوئي الإصطناعى ,فإن زجاجة من الماء تستطيع إنتاج طاقة لتدير منزلا.

واحدة من التأثيرات الجانبية لفاتورة المنشطات الخاصة بالعام الماضى كانت أربعمائة مليون دولار لتمويلARPA-E وهى وكالة مشاريع البحوث المتقدمة للطاقة, و هى الوكالة المدنية الشقيقة للطاقة ل DARPA. و في هذا الأسبوع ولأول مرة فإن مؤتمر وكالة مشاريع البحوث المتقدمة , في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الكيميائى دان نوتشيرا أظهر جيدا كيف أنه وضع هذه الأموال حافزا للاستخدام من خلال تسليط الضوء على التقنية الجديدة عملية التمثيل الضوئي. واستخدام عامل حفاز خاص,هذه العملية تحلل المياه الى الاكسجين والهيدروجين , وتنتج وقودا يكفي لإنتاج الطاقة في المنزل باستخدام أشعة الشمس فقط ، وزجاجة مياه.

مثل التمثيل الضوئي العضوي ، فإن تفاعل نوتشيرا يستخدم أشعة الشمس لتحويل غاز ثاني أكسيد الكربون و الماء الى الاكسجين والطاقة. ومع ذلك ، بينما النباتات تحصل على الطاقة في شكل سكريات ، فأن هذه العملية تخلق الطاقة في شكل من أشكال الهيدروجين الحر. و هذا الهيدروجين يتحد مع الأوكسجين في خلايا الوقود لتوليد الكهرباء ، أو يتم تحويله إلى وقود سائل. في حوالي أربع ساعات ،فإن المياه المعالجة بحافز نوتشيرا يمكن أن ينتج 30 كيلووات / ساعة من الطاقة. وعلاوة على ذلك ، فإنها عملية رخيصة. رخيصة جدا ، في الواقع ، أن نوتشيرا لا مشكلة لديهم تخيل أنه يوميا فإن كل بيت يولد الوقود الخاص به ، والكهرباء من عملية التمثيل الضوئي.

التحول يحدث :هل التخليق الضوئي الإصطناعى سوف ينتج الطاقة للعالم؟

زجاجة واحدة من مياه الشرب يمكن أن توفر ما يكفي من الطاقة لأسرة بأكملها في العالم النامي إذا مهدنا الطريق لدان نوتشيرا . عالم الكيمياء من M.I.T. ومؤسس شركة صن كاتاليتكس ، نوتشيرا قد طور عاملا محفزا أساسه الكوبالت وضعت على أساس لتخزين الطاقة بنفس الطريقة التى تقوم بها النباتات  : عن طريق تحليل المياه.

"تقريبا كل الطاقة الشمسية المخزنة من جراء تحلل المياه ،"أخبر فإن وكالة مشاريع البحوث المتقدمة نوتشيرا في المؤتمر الافتتاحي لوكالة مشاريع البحوث المتقدمة للطاقة يوم 2 مارس. أظهرت أن صن كاتاليتكس هي من بين خمس شركات لمنح التمويل الحكومي لتطوير " وقود الطاقة الشمسية المباشر" ، اطلق عليها اسم "electrofuels" إليكتروفويلز من قبل كالة مشاريع البحوث المتقدمة للطاقة ،وهى وكالة جديدة لمشاريع البحوث المتقدمة لتكنولوجيات الطاقة التحويلية. واضاف "إننا نحاكى عملية التخليق الضوئي الواسعة النطاق لتخزين الطاقة الشمسية". وفقا لنوتشيرا ، يمكن لهذا النظام الجديد العمل في درجات الحرارة المحيطة العادية وأيضا بالنسبة للضغط الجوى العادى ، دون أدنى تآكل في الزجاج من الماء ، و تستعمل حتى المياه الملوثة. "اذا كنت بحاجة الى الماء النقي لتخزين الطاقة ، وأنها سوف تصبح صالحة للشرب" ، وقال نوتشيرا. "استخدام مياه بركة بدلا من ذلك." في الواقع ،حسب نوتشيرافإنه قد تم تشغيل نموذج أولي له بإستعمال المياه غير المعالجة من نهر تشارلز في بوسطن. وانها رخيصة وليس 12،000 دولار لكل كيلوواط مثل electrolyzers التجارية والتى تفعل الشيء نفسه. واضاف "إن هذا لن يساعد في هذه الحالة الطاقة بالنسبة للولايات المتحدة أو من الفقراء في العالم".


باستخدام الكهرباء المولدة من قبل مجموعة ضوئية أبعادها خمسة امتار في ستة امتار ، نوتشيرا يدعي انه يمكن تقسيم ما يكفي من المياه في اقل من اربع ساعات "لتخزين ما يكفي من الطاقة للمنزل الأميركي العادي" ليوم واحد ، أكثر قليلا من 30 كيلوواط / ساعة. واضاف "نحن نحتاج لوقف صنع أنظمة طاقة كبيرة واحدة من الكثير من الوقت لخدمة الناس ، وعلينا أن نفعل ذلك بالطريقة القديمة الأمريكية من صنع واحدة واحدة صغيرة ومن ثم تصنيع هذا النظام لاعطائها الى الجماهير".


His example? The automobile. After all, in 1898, concerned civic leaders from around the world gathered because estimates predicted that London would be buried under three meters of manure at then current rates of growth; New York City would have piles reaching to the third story of buildings. Within two decades, that problem was entirely gone. "They didn't see the automobile industry coming," Nocera said. "Shift happens."

الخط الزمنى للتقنية

1967
Akira Fujishima discovers the Honda-Fujishima effect in titanium dioxide, which can be used for hydrolysis.
2000
CSIRO press release on Artificial Photosynthesis[7][8]
2003
Brookhaven National Laboratory press release[9][10]
2006
SLAC on photogeneration cells[11]
2008
MIT Chemist Daniel G. Nocera, head of the MIT's Solar Revolution Project, and postdoctoral fellow Matthew Kanan may have significantly reduced the cost of the materials required for splitting water into its constitute components by substituting expensive platinum for inexpensive cobalt and phosphate. This breakthrough may be combined with work being done by Chemist Bjorn Winther-Jensen of Monash University in Australia in developing a low cost conducting polymer that has a large surface area and is resistant to operational degradation. Such research may herald fuel cells that can perform useful work at lower energy thresholds over a longer lifecycle and at lower cost.[12][13][14][15][16][17]
2009
Leibniz Institute for Catalysis reports inexpensive iron carbonyl complexes[18][19]
2009
University of East Anglia, A gold electrode covered with layers of indium phosphide nanoparticles for solar to hydrogen with 60% efficiency. [20]
2010
Mitsubishi is developing its own artificial photosynthesis to use sunlight, water and carbon dioxide to "create the carbon building blocks from which resins, plastics and fibers can be synthesized."[21]
2010
UCSC elemental doping and quantum dot sensitization show promise for solar hydrogen generation[22][23].

انظر أيضاً


المصادر


الهامش

  1. ^ Lynn Yarris (10 Mar 2009) Turning Sunlight Into Liquid Fuels Berkley Laboratory
  2. ^ Paul Kögerler
  3. ^ سيدريك تارد, ليو شياو مينغ ، خالد سعد ابراهيم ، ماوريتسيو Bruschi ، لوكا دي جويا ، وسيان جيم ديفيس ، يانغ شين ، لاي وانغ شنغ ، غاري سويرز ، وكريستوفر جيه بيكت الطبيعة (10 فبراير 2005) 433 ، 610 -- 613.
  4. ^ العلوم ، 31 أغسطس 2001
  5. ^ هو جين تاو ، شيلى ؛ Cossairt ، براندي M. ؛ برونشويغ ، بروس S. ؛ لويس ، وناثان S. ؛ بيترز ، جوناس C. علم. Commun. ، 2005 37 ،4723-4725.
  6. ^ مولي اشانس 26 أكتوبر 2008AF Funding Enables Artificial Photosynthesis
  7. ^ Scientists Developing "Artificial" Plants
  8. ^ Artificial Photosynthesis
  9. ^ Designing a Better Catalyst for Artificial Photosynthesis
  10. ^ Designing A Better Catalyst For 'Artificial Photosynthesis'
  11. ^ 2006 - photogeneration cells - Slac
  12. ^ Electrode lights the way to artificial photosynthesis
  13. ^ Solar-Power Breakthrough: Researchers have found a cheap and easy way to store the energy made by solar power
  14. ^ In Situ Formation of an Oxygen-Evolving Catalyst in Neutral Water Containing Phosphate and Co2+
  15. ^ Cobalt–phosphate oxygen-evolving compound
  16. ^ A Self-Healing Oxygen-Evolving Catalyst
  17. ^ Electrolyte-Dependent Electrosynthesis and Activity of Cobalt-Based Water Oxidation Catalysts
  18. ^ Light-Driven Hydrogen Generation System Based on Inexpensive Iron Carbonyl Complexes
  19. ^ Light-Driven Hydrogen Generation System Based on Inexpensive Iron Carbonyl Complexes
  20. ^ Water Splitting by Visible Light: A Nanophotocathode for Hydrogen Production
  21. ^ Man-made photosynthesis looking to change the world
  22. ^ Synergistic effect of CdSe quantum dot sensitization and nitrogen doping of TiO2 nanostructures
  23. ^ Composite nanomaterials show promise for solar hydrogen generation

وصلات خارجية

الكلمات الدالة:
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=التخليق_الضوئي_الإصطناعى&oldid=1723588"