پنل‌های خورشیدی را فراموش کنید، جلبک‌ها می‌آیند!

پژوهشگران می‌گویند باید کم کم پنل‌های خورشیدی را به دست فراموشی بسپاریم، چرا که جلبک‌ها می‌توانند دستاویز بزرگ بعدی در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر باشند و با انرژی تولیدشده از آن‌ها می‌توان دستگاه‌های کم‌ولتاژ مانند حسگر‌های اینترنت اشیاء را تغذیه کرد.

به گزارش ایسنا، پژوهشگران دانشگاه کنکوردیا (Concordia) در کانادا راهی برای برداشت انرژی از فرآیند فتوسنتز جلبک‌ها با هدف ارائه یک منبع انرژی پایدار ایجاد کرده‌اند.

گروه آزمایشگاه ریزسیستم‌های نوری-زیستی دانشگاه کنکوردیا با معلق کردن جلبک‌ها در یک محلول تخصصی و نگهداری آن در سلول‌های کوچک قدرت، انرژی تولید می‌کند.

مدل آن‌ها الکترون‌ها را برای تولید الکتریسیته می‌گیرد و آن را نه تنها به فرآیندی با انتشار صفر کربن تبدیل می‌کند، بلکه یک فناوری انتشار کربن منفی ایجاد می‌کند.

به گفته پژوهشگران، هنگامی که سلول‌های قدرت ریزفتوسنتزی (µPSC) آن‌ها به درستی راه‌اندازی شوند، ظرفیت تولید انرژی کافی را برای تامین انرژی گجت‌های بسیار کم‌مصرف مانند حسگر‌های اینترنت اشیاء (IoT) دارند.

این تیم در مقاله تحقیقاتی خود گفت: ادغام μPSC‌ها در قلمرو منابع انرژی پایدار، نشان‌دهنده یک گام مهم رو به جلو است که به طور بالقوه بر بخش‌های مختلف وابسته به راه حل‌های کم‌مصرف تاثیر می‌گذارد.

مهار قدرت جلبک‌ها

در راه‌اندازی μPSC یک غشای تبادل پروتون به شکل لانه زنبوری، محفظه‌های آند و کاتد سلول ریزفتوسنتزی را تقسیم می‌کند.

محققان ریزالکترود‌هایی را در دو طرف غشاء ساختند تا بار‌هایی را که جلبک‌ها در طول فتوسنتز آزاد می‌کنند، جمع‌آوری کنند. هر محفظه بسیار کوچک است و اندازه آن فقط دو سانتی‌متر در دو سانتی‌متر در چهار میلی‌متر است.

محفظه آند حاوی یک محلول دو میلی‌لیتری است که در آن جلبک‌ها معلق هستند، در حالی که کاتد با فریسیانید پتاسیم که نوعی گیرنده الکترون است، پر شده است.

به گفته محققان، هنگامی که جلبک‌ها به دلیل فتوسنتز شروع به انتشار الکترون می‌کنند، الکترون‌ها از طریق الکترود‌های موجود در غشاء جمع و هدایت می‌شوند و در نتیجه جریان ایجاد می‌شود.

با این حال، پروتون‌ها از غشاء عبور می‌کنند و وارد کاتد می‌شوند و فروسیانید پتاسیم را اکسایش کرده و کاهش می‌دهند. این فرآیند بدون نور مستقیم خورشید نیز عمل می‌کند، البته با شدت کمتر.

دیلیپان پانیرسلوان، دانشجوی دکترا در دانشگاه کنکوردیا و یکی از نویسندگان این مطالعه در بیانیه‌ای گفت: درست مانند انسان‌ها، جلبک‌ها دائماً تنفس می‌کنند، اما کربن دی اکسید را جذب و اکسیژن آزاد می‌کنند. آن‌ها به دلیل دستگاه فتوسنتز خود، در طول تنفس نیز الکترون آزاد می‌کنند.

روشی کارآمد و سازگار با محیط زیست

پژوهشگران عملکرد سلول‌های قدرتی ریزفتوسنتزی (µPSCs) را در پیکربندی‌های مختلف آزمایش کردند.

در یک مجموعه، پیکربندی‌ها شامل دو µPSC به صورت سری با سه µPSC موازی، سه µPSC سری با دو µPSC به صورت موازی، چهار µPSC به صورت سری با دو مجموعه دیگر به صورت سری و هر دو مجموعه به صورت موازی و پنج µPSC به صورت سری با یک µPSC موازی بود.

آزمایش‌ها نشان داد که ترکیب آرایه‌های سری و موازی سلول‌های قدرتی میکرو فتوسنتزی (µPSCs) نسبت به استفاده از اتصالات سری یا موازی، توان بیشتری تولید می‌کند.

البته این تیم ناتوانی این سیستم را در رقابت با روش‌های تولید انرژی جایگزین مانند سلول‌های خورشیدی تصدیق می‌کند. چرا که یک سلول ریزفتوسنتزی تنها دارای حداکثر ولتاژ ۱.۰ ولتی است.

با این حال با تحقیق و توسعه کافی از جمله فناوری‌های یکپارچه‌سازی با کمک هوش مصنوعی، محققان بر این باورند که این فناوری می‌تواند به یک منبع انرژی قابل دوام، مقرون‌به‌صرفه و پاک در آینده تبدیل شود.

این تیم تاکید می‌کند که سیستم آن‌ها از هیچ گاز خطرناک یا میکروفیبر مورد نیاز برای فناوری ساخت سیلیکون که سلول‌های فتوولتائیک به آن متکی هستند، استفاده نمی‌کند.

علاوه بر این، از بین بردن تراشه‌های رایانه‌ای سیلیکونی کار آسانی نیست.

پژوهشگران می‌گویند ما از پلیمر‌های زیست‌سازگار استفاده می‌کنیم، بنابراین کل سیستم به راحتی تجزیه می‌شود و تولید آن بسیار ارزان است.

جزئیات این مطالعه در مجله Energies منتشر شده است.