اولین برگ مصنوعی جهان با عملکرد مشابه برگ‌های طبیعی گیاهان (+عکس)
محققان دانشگاه ایلینوی توضیح دادند برگ مصنوعی که هم اکنون توسط آنها ساخته شده است برای نخستین بار می‌تواند وارد محیط طبیعی شود و بدون مشکل به کار گرفته شود. طراحی برگ مصنوعی این دانشمندان بسیار ساده به نظر می‌رسد.
موبنا – از گیاهان می‌توان به عنوان نیروگاه‌های عظیم طبیعی یاد کرد. آنها نور خورشید، آب و دی اکسید کربن را به انرژی مورد نیاز خود تبدیل می‌کنند. طی چند سال گذشته انسان تلاش‌های فراوان انجام داد تا بتواند فرآیندی که در گیاهان دنبال می‌شود را تقلید کند و با تولید برگ‌های مصنوعی بتواند عملیات مشابه را انجام دهد که البته هیچ کدام از این فعالیت‌ها به نتیجه نرسید. هم اکنون گروهی از محققان در دانشگاه ایلینوی در شیکاگو مدل جدیدی از این فناوری طراحی کرده‌اند که می‌تواند تحت شرایط واقعی در دنیای پیرامون ما به حیات خود ادامه دهد و پس از دریافت دی اکسید کربن از هوا، آن را به اکسیژن و سوخت‌های فسیلی تبدیل کند.
یکی از نخستین برگ‌های مصنوعی که پیش از ارایه شده بود را محققان دانشگاه هاروارد در سال ۲۰۱۱ میلادی ساختند. این فناوری از نور خورشید برای تجزیه آب به گاز هیدروژن و اکسیژن استفاده می‌کرد. دیگر مدل‌هایی که از آن زمان تاکنون در این زمینه ساخته شدند از فناوری‌های مشابه استفاده می‌کردند تا بتوانند جریان الکتریسیته، سوخت‌های مایع، کود و حتی دارو تولید کنند. البته باید توجه داشته باشید بخش اعظم این برگ‌های مصنوعی به گونه‌ای ساخته شدند که فقط در محیط آزمایشگاهی دی اکسید کربن را از هوا جذب می‌کنند و بنابراین امکان استفاده از آنها در محیط‌های طبیعی وجود ندارد.
دکتر «مینش سینگ» مدیر این پروژه تحقیقاتی در دانشگاه النویز آمریکا گفت: «تمام طراحی‌هایی که تاکنون در زمینه برگ‌های مصنوعی صورت گرفته است در محیط آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفتند و تنها در این شرایط توانستند گاز دی اکسید کربن را از مخزن‌های مشخص دریافت کنند. به منظور آنکه بتوانیم به صورت موفقیت آمیز از این برگ‌های مصنوعی در دنیای واقعی استفاده کنیم، این دستگاه‌ها نیازمند آن هستند تا بتوانند دی اکسید کربن را از منابع طبیعی از جمله هوا یا گازهای موجود در محیط پیرامون جذب کنند. این برگ‌های مصنوعی می‌بایست به گونه‌ای طراحی شوند که در دودکش‌ها و مخازنی از این دست بتوانند دی اکسید کربن را وارد سیستم داخلی خود بکنند».
محققان دانشگاه ایلینوی توضیح دادند برگ مصنوعی که هم اکنون توسط آنها ساخته شده است برای نخستین بار می‌تواند وارد محیط طبیعی شود و بدون مشکل به کار گرفته شود. طراحی برگ مصنوعی این دانشمندان بسیار ساده به نظر می‌رسد. در حالت عادی برای این برگ مصنوعی یک دستگاه فتوسنتزی مصنوعی ساخته شده است که در یک کپسول شفاف قرار دارد. لایه بیرونی این کپسول از غشای نیمه نفوذی تشکیل شده است که رزین آمونیوم کواترنری را شامل می‌شود و این لایه از آب پر شده است.
ایده اصلی برای ساخت این برگ مصنوعی به گونه‌ای است که وقتی نور خورشید به دستگاه می‌تابد، آب به آرامی از طریق منافذ موجود تبخیر می‌شود و در مقابل آن دی اکسید کربن وارد می‌شود. این گاز سپس به وسیله واحد فتوسنتز مصنوعی در سیستم داخلی دستگاه به مونوکسید کربن تبدیل می‌شود. در این مرحله مونوکسید کربن می‌تواند برای طیف گسترده‌ای از اهداف تعیین شده ماند سوخت‌های مصنوعی مورد استفاده قرار گیرد. در این دستگاه اکسیژن می‌تواند به عنوان یک محصول جانبی به کار گرفته شود تا در نهایت این دستگاه بتواند در محیط طبیعی عملیاتی شبیه به گیاهان طبیعی را دنبال کند.
محققان همچنین اظهار داشتند که طراحی آنها به گونه‌ای است که می‌تواند نسبت به برگ‌های طبیعی برای تبدیل دی اکسید کربن به اکسیژن و دیگر گازها ۱۰ برابر بهتر عمل کند. اگر تعداد مناسبی از این دستگاه در یک مکان نصب شود، این اتفاق می‌تواند حجم قابل توجهی از انرژی را موجود در هوای پیرامون را دریافت کند و آن را در اختیار ما بگذارد.
این گروه تحقیقاتی بر اساس آخرین بررسی‌های خود اعلام کرد که ۳۶۰ برگ مصنوعی با این خاصیت با طول ۱۷۰ سانتی‌متر و عرض ۲۰ سانتی‌متر می‌تواند در طول یک روز حدود نیم تن گاز مونوکسید کربن تولید کند و ۱۰ درصد دی اکسید کربنی که در فضایی به وسعت ۱۰۰ متر وجود دارد را در خود جذب کند.
دکتر سینگ در این خصوص گفت: «با توسعه فناوری‌های سنتی در زمینه ساخت برگ‌های مصنوعی ما هم اکنون توانسته‌ایم این دستگاه را به تولید برسانیم. این فناوری به گونه‌ای ارایه شده است که از آن می‌توان در فضای بیرون از آزمایشگاه به صورت طبیعی استفاده کرد و در اصل از این فناوری می‌توان به عنوان ابزاری با عملکرد برگ‌های طبیعی در محیط طبیعی یاد کرد. طراحی اولیه ما به گونه‌ای شکل گرفته است که هم اکنون می‌توانیم تمام مواد و فناوری مورد نیاز خود برای ساخت این برگ مصنوعی را به تولید انبوه برسانیم. زمانی که این برگ مصنوعی به صورت گسترده ساخته شود، در محیط خارج از آزمایشگاه می‌توانیم از آن را برای جذب دی اکسید کربن موجود در هوا استفاده کنیم و میزان آلایندگی موجود در هوا را از این طریق کاهش دهیم».
نتایج حاصل از این مطالعه در آخرین شماره از نشریه بین المللی «مهندسی و شیمی پایدار» به چاپ رسیده است.
