تولید سوخت از خورشید

فتوسنتز گیاهی را با فناوری حاصل دست انسانها ترکیب کنید. نتیجه آن دستیابی به چیزهای خارق العاده ای است.

نخستین بار شخصی به نام پیدونگ یانگ ارگانیسمهای زنده را به سیمهای سیلیکنی دارای جریان الکتریسیته متصل کرد. در ابتدا هیچ کس تصورنمی کرد سرانجام جالب توجهی در پی باشد اما حقیقتا اینگونه شد. او می گوید: وقتی این ایده را مطرح کردم هیچ کس اعتقادی به آن نداشت. البته تنها این میکروبها نیستند که در این ایده پردازی هیجان انگیز به کار گرفته شده اند. آزمایشات یانگ در دانشگاه کالیفرنیا واقع در برکلی به همراه چند آزمایش محدود دیگر در سایر نقاط جهان نشان داد که برخی ارگانیسمها نه تنها توانایی چشمگیری در رویارویی با الکترونهای پمپاژ شده در سیمهای سیلیکنی دارند بلکه این قابلیت را هم دارند که برای هفته ها در این شرایط زنده بمانند. این فرآیند برای دانشمندان دستاوردهای خیره کننده ای به همره داشت زیرا حالا دریچه ای نوین به سویشان باز شده که نشان می دهد چگونه می توان به منابع پایدار انرژی دست یافت.

امید اینجاست که ترکیب زیست شناسی و الکتریسیته به حل یکی از بزرگترین چالشهای پیش روی علم شیمی منجر شود یعنی اینکه چگونه بتوان نور خورشید را دریافت کرده و به منبع ارزان و سبز انرژی برای استفاده همگان تبدیل نمود؟ در اینجا صحبت از بهره گیری از میکروبهاست. قرار است آنها را با دسته ای از پیشرفته ترین فناوریهای حاصل دست بشر هماهنگ کرده تا بتوان از انرژی هنگفت خورشید بهره برد. شاید بتوانیم ریزکارخانجات سبزی تولید کنید که مواد شیمیایی مورد نظرمان را پمپاژ کنند. توماس مور از دانشگاه آریزونا که درباره دریافت انرژی خورشیدی تحقیقات زیادی انجام داده می گوید: طبیعت به خوبی می داند که چگونه فعل و انفعالات شیمیایی را انجام دهد. همچنین بشر هم می داند که چگونه جریان برق تولید کند. کاملا منطقی به نظر می رسد که این دو را با یکدیگر ترکیب کنیم.

واقعیت اینجاست که تمایل بشر برای استفاده از توان هنگفت خورشید ریشه در تاریخی طولانی مدت دارد. پل کینگ از آزمایشگاه ملی انرژیهای تجدیدپذیر آمریکا در کلورادو دوست دارد به نام شیمی دان ایتالیایی یعنی جاکومو اشاره شود. او سال ۱۹۱۲ در مجله ساینس ایده هیجان انگیز استفاده از انرژی خورشیدی را به همراه روشی مطرح کرد که گیاهان در قالب فوتوسنتز انجام می دهند. او اینگونه نوشته بود: تاکنون تمدن انسانی مشغول استفاده از انرژی خورشیدی فسیلی بوده است. حالا این پرسش مطرح می شود که آیا زمان آن فرا نرسیده که استفاده بهتری از این منبع انرژی داشته باشیم؟

زمان به سرعت گذشته و اکنون این تصور ایجاد شده که شاید فاصله ای با دستیابی به این چشم انداز نداشته باشیم! باید نگاهی به آمار و ارقام انداخت. در حال حاضر، صفحات خورشیدی ساخته شده از کریستالهای سیلیکنی به طور میانگین ۱۵ تا ۲۰ درصد از نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کند. همزمان پیشرفتهایی در سایر مدلها دیده می شود. انواع دیگری از سلولهای خورشیدی که قابلیت مهم انعطاف پذیری داشته و البته قیمت زیادی هم ندارند روز به روز مؤثرتر از قبل طراحی و تولید می شوند.

حالا نکته اینجاست که گیاهان در مقایسه با صفحات خورشیدی عملکرد ضعیف تری دارند. از بعد بیشترین میزان بازدهی گیاهان در تبدیل نور خورشید به بیومس تنها ۴.۵ درصد است. البته در دنیای واقعی این رقم در بهترین میزان ممکن به حدود ۱۱ درصد می رسد.

با این حال در این مقایسه یک نکته نادیده گرفته شده است و آن اینکه جذب انرژی خورشید در طول شبانه روز امکانپذیر نیست. تابش نور خورشید (برای زمین) در طول شبانه روز پایدار نیست. این پرتوها تنها در طول روز به ما می رسند و البته نباید روزهای ابری را هم از یاد برد. اما چه خوب می شود که بتوان الکتریسیته حاصل از تبدیل انرژی خورشیدی را برای استفاده در مواقع مورد نیاز ذخیره سازی نمود.

طی سالهای گذشته فناوریهای موجود به هماهنگی بهتری با منابع الکتریسیته رسیده اند اما ما هنوز اتکای زیادی به باتریها داریم. باتریها گران قیمت و حجیم هستند و با گذشت زمان با افت راندمان مواجه می شوند. در نقطه مقابل گیاهان در یک فرآیند تکاملی دیدنی توانسته اند خود را با ناپدیدشدن خورشید در شب هنگام تطابق دهند. آنها انرژی دریافت شده را نه در ذرات باردار بلکه در یک سری ساختارهای شیمیایی ذخیره سازی می کنند. به بیان بهتر می توان گفت گیاهان از این طریق سوخت تولید می کنند.

دن ناکر از دانشگاه هاروارد و یکی از پیشگامان ایده فوتوسنتز شیمیایی می گوید: سوختها در مقایسه با باتریها قابلیت ذخیره سازی بیشتری دارند. البته طبیعت بیش از این برای ذخیره سازی انرژی همچون یک باتری ظرفیت ندارد و اینجاست که ایده تلفیق فناوریهای ساخت دست بشر و قابلیتهای چشمگیر طبیعت به بحث گذاشته می شود.