تولید سوخت از فاضلاب با کمک خورشید!

تولید سوخت از فاضلاب با کمک خورشید!

محققان دانشگاه کالیفرنیا در سانتاکروز با همکاری آزمایشگاه ملی لاورنس لیورمور موفق به تولید دستگاه جدیدی شده‌اند که تنها با استفاده از نور خورشید و فاضلاب، سوخت هیدروژن تولید می‌کند.

 این دستگاه می‌تواند به ارائه یک منبع پایدار انرژی در کنار ارتقای بهره‌وری تصفیه فاضلاب بپردازد.

این محققان یک دستگاه هیبریدی خورشیدی-میکروبی ساخته‌اند که سلول سوخت میکروبی را با نوعی سلول خورشیدی موسوم به سلول فتوالکتروشیمیایی ترکیب می‌کند.

در سلول سوخت میکروبی، باکتری‌ها به تجزیه ماده آلی در فاضلاب پرداخته و در این فرآیند برق تولید می‌کنند. برق تولید شده از این روش زیستی به سلول فتوالکتروشیمیایی منتقل می‌شود تا به تجزیه یا الکترولیز آب با انرژی خورشیدی که هیدروژن و اکسیژن تولید کرده، کمک کند.

از هر کدام از این سلول ها می‌توان به تنهایی برای تولید گاز هیدروژن استفاده کرد اما هر دو در کنار هم نیازمند یک ولتاژ کوچک اضافی برای غلبه بر مانع انرژی ترمودینامیکی به منظور کاهش پروتئن به شکل گاز هیدروژن هستند.

این دستگاه هیبریدی خورشیدی - میکروبی، خودکفا و خودکار است چرا که انرژی ترکیبی ماده آلی و نور خورشید برای هدایت فرآیند الکترولیز آب کافی است.

در واقع، سلول سوخت میکروبی می‌تواند به عنوان یک باتری زیستی خودکفا شناخته شود که ولتاژ و انرژی بیشتر برای تولید گاز هیدروژن برای سلول خورشیدی فتوالکتروشیمیایی ارائه می‌کند.

سلول های سوخت میکروبی بر باکتری های غیرعادی موسوم به باکتریهای الکتروژنیک تکیه دارند که می توانند با انتقال الکترونهای تولید شده از طریق سوخت‌وساز در غشاهای سلولی خود به یک الکترود خارجی، برق تولید کنند.

آزمایش‌های اولیه اثبات مفهوم کلی دستگاه میکروبی-خورشیدی از یک گونه کاملا شناخته شده باکتریهای الکتروژنیک استفاده کرد که بر روی یک محیط کشت رشد مصنوعی در آزمایشگاه پرورش یافته بودند.

آزمایش‌های بعدی از فاضلاب شهری تصفیه نشده استفاده کرد. فاضلاب حاوی مواد مغذی آلی و ترکیب گوناگونی از میکروب ها است که از این مواد مغذی از جمله باکتریهای طبیعی الکتروژنیک تغذیه می‌کنند.

این پژوهش در مجله ACS Nano منتشر شده است. /ایسنا

 

ویدیو مرتبط :
تولید برق از فاضلاب

---

خواندن این مطلب را به شما پیشنهاد میکنیم :

خورشید به کمک تولید سوخت پاک می آید

این سیستم جدید از سه جز اصلی شامل دو الکترود - یک فتوآند و یک فتوکاتد - و یک غشا تشکیل شده است.

 

 

 فتوآند از نور خورشید برای اکسید کردن مولکول ،های آب، تولید پروتون و الکترون و همچنین گاز اکسیژن استفاده می کند. فتوکاتد پروتون و الکترون را برای شکل گیری گاز هیدروژن بازترکیب می کند.

به گفته "نیت لوئیس"، استاد شیمی در موسسه فناوری کالیفرنیا، بخش کلیدی این طراحی غشا پلاستیکی آن است که گازهای اکسیژن و هیدروژن را جدا نگه می دارد. اگر این دو گاز اجازه ترکیب پیدا کنند و به طور تصادفی مشتعل شوند ممکن است انفجار رخ دهد؛ غشا این امکان را فراهم می کند تا گاز هیدروژن به صورت جداگانه زیر فشار جمع آوری شود و به طور امن راهی یک خط لوله شود.

نمیه رساناهایی مانند سیلیکون یا آرسنید گالیم به خوبی نور را جذب می کنند و از این رو در پنل های خورشیدی به کار گرفته می شوند. با این وجود، سطح این مواد در مواجهه با آب اکسید می شود و بر همین اساس به طور مستقیم برای تولید سوخت قابل استفاده نیستند.

آزمایش پیشین در آزمایشگاه لوئیس به پیشرفتی چشمگیر در طراحی منجر شده بود. این آزمایش نشان داده بود افزودن لایه ای با ضخامت نانومتری از دی اکسید تیتانیوم (TiO2) - ماده ای که در رنگ سفید و بسیاری از خمیردندان ها و کرم های ضد آفتاب یافت می شود - به الکترودها از زنگ زدگی آنها جلوگیری می کند در شرایطی که همچنان به نور و الکترون اجازه عبور می دهد.

سیستم جدید از لایه دی اکسید تیتانیوم با ضخامت 62.5 نانومتر برای پیشگیری موثر از خوردگی و بهبود ثبات آرسنید گالیم بهره می برد.

پیشرفت مهم دیگر استفاده از کاتالیزورهای ارزان و فعال برای تولید سوخت است. فتوآند نیازمند یک کاتالیزور برای انجام واکنش جداسازی آب است. فلزات کمیاب و گران قیمتی مانند پلاتین می توانند به عنوان کاتالیزوری کارآمد استفاده شوند اما تیم پژوهشی طی بررسی های خود دریافتند می توانند کاتالیزور فعال ارزان‌تری را با استفاده از افزودن لایه ای با ضخامت دو نانومتر از نیکل به سطح دی اکسید تیتانیوم تولید کنند.

این کاتالیزور در میان فعال‌ترین کاتالیزورهای شناخته شده برای جداسازی مولکول های آب به اکسیژن، پروتون و الکترون قرار دارد و عامل کلیدی در بهره‌وری بالای دستگاه است.

به گفته نیت لوئیس، پژوهش صورت گرفته نشان می دهد امکان تولید سوخت از نور خورشید به طور ایمن و کارآمد در یک سیستم یکپارچه شده با اجزایی ارزان وجود دارد. تردیدی وجود ندارد که فعالیت های بیشتری برای افزایش طول عمر سیستم و توسعه روش های مقرون به صرفه تولید سیستم های کامل نیاز است که هر دو مورد در حال پیشرفت هستند.

 

اخبار علمی - عصرایران