แผ่งโซลาร์ผลิตไฮโดรเจนเลียนแบบการสังเคราะห์แสงตามธรรมชาติ

แท่งแกลเลียมไนไดรด์ขนาดไมโครขนาดขยาย 25,000 เท่า ภาพโดย Faqrul A. Chowdhury, McGill University

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยมิชิแกนประเทศสหรัฐอเมริกาและมหาวิทยาลัยแม็คกิลในเมืองมอนทรีออลประเทศแคนาดาได้ประดิษฐ์อุปกรณ์แยกออกซิเจนและไฮโดรเจนออกจากน้ำด้วยพลังงานจากแสงแดดได้สำเร็จ ซึ่งไฮโดรเจนสามารถนำไปใช้เป็นพลังงานในเซลล์เชื้อเพลิงได้

เซลล์เชื้อเพลิงเป็นอุปกรณ์ผลิตพลังที่สะอาดต่อสิ่งแวดล้อมเพราะปลดปล่อยน้ำเป็นของเสีย ถึงแม้ว่าเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้ไฮโดรเจนจะเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่การผลิตไฮโดรเจนส่วนมากจะใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อแยกไฮโดรเจนออกจากน้ำ ซึ่งพลังไฟฟ้าที่ใช้ในกระบวนการแยกอาจไม่ได้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและหรือกระบวนการใช้พลังงานอย่างไม่มีประสิทธิภาพ

เครื่องประดิษฐ์ใหม่เป็นแผ่งโซลาร์ที่ใช้พลังงานแสงแดดจากธรรมชาติในการแยกไฮโดรเจนออกจากน้ำโดยการเลียนแบบกระบวนการสังเคราะห์แสงตามธรรมชาติ ซึ่งอุปกรณ์ดังกล่าวสามารถผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าอุปกรณ์ชนิดเดียวกันที่มีมาก่อนหน้านี้ถึงสองเท่า

แผ่งโซลาร์ที่รู้จักกันโดยทั่วไปจะเปลี่ยนพลังงงานแสงแดดเป็นพลังงานไฟฟ้า แต่แผ่งโซลาร์โดยทั่วไปต้องการแบตเตอรี่ในการเก็บพลังงานไฟฟ้า แผ่งโซลาร์ใหม่จะผลิตไฮโดรเจนโดยตรงจากแสงแดด ถึงแม้ว่าโดยพื้นฐานแล้วแผ่งโซลาร์ผลิตไฮโดรเจนและแผ่งโซลาร์ผลิตไฟฟ้าจะแตกต่างกัน แต่แผ่งโซลาร์ทั้งสองใช้วัสดุหลักชนิดเดียวกันนั้นก็คือซิลิกอนและแกลเลียมไนไตรด์ ซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้ในเอลอีดี

การเปลี่ยนพลังงานแสงแดดของแผ่งโซลาร์ผลิตไฮโดรเจนจะคล้ายกับกระบวนการสังเคราะห์แสงตามธรรมชาติ พื้นผิวของแผ่งโซลาร์ผลิตไฮโดรเจนเมื่อมองด้วยกล้องขยายจะประกอบด้วยแท่งแกลเลียมไนไตรด์ขนาดไมโคร แท่งแกลเลียมไนไตรด์ขนาดเล็กๆจะผลิตสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนโฟตอนจากแสงเป็นประจุอิสระ โดยที่ประจุอิสระที่ได้เหล่านี้จะถูกใช้ในการแยกน้ำออกเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจน

ถึงแม้ว่าก่อนหน้านี้จะมีการสร้างอุปกรณ์ในลักษณะเดียวกัน แต่ที่ผ่านมาอุปกรณ์เหล่านั้นให้ประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานเพียง 1 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น แผ่งโซลาร์ผลิตไฮโดรเจนของนักวิทยาศาสตร์กลุ่มนี้สามารถให้ประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานแสงแดดให้เป็นพลัังงานไฮโดรเจนสูงสุด 3 เปอร์เซ็นต์

3 เปอร์เซ็นต์ดูเหมือนจะไม่มากแต่จากการวิจัยในด้านนี้ที่เกิดขึ้นมามากว่า 40 ปีถือว่าเป็นความกล้าวหน้าอย่างมาก และเมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการสังเคราะห์แสงตามธรรมชาติแล้วจะให้ประสิทธิภาพเพียง 0.6 เปอร์เซ็นต์จากการวิวัฒนาการของธรรมชาติมาเป็นพันๆล้านปี

 


 

ที่มาวารสารทางวิชาการ Nature Communications และ the University of Michigan

 

error: กด RightClick แทน