گامی برای ساخت دستگاه تولید هم‌زمان الکتریسیته و آب شیرین از آب دریا
تاریخ انتشار: ۲۵ فروردین ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۷۵۲۶۰۷۴
مقاله عضو هیئت‌علمی دانشگاه شریف در یک مجله معتبر منتشر شد. چشم‌انداز وسیع‌تر این پژوهش طراحی و ساخت دستگاه تولید هم‌زمان الکتریسیته و آب شیرین با استفاده از هیدروژن و اکسیژن تولیدشده از آب دریا است.
به گزارش ایسنا، دکتر علیرضا مشفق، عضو هیئت‌علمی دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف با همکاری جمعی از پژوهشگران دانشگاه‌های شریف، SKKU کشور کره جنوبی و الزهرا با حل یک مسئله چالشی برای کاهش مصرف مواد کربنی در حوزه تولید انرژی، موفق شد مقاله خود را در مجله معتبر ACS Catalysis به چاپ برساند.
بیشتر بخوانید:
اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!
این مقاله با عنوان «میکرو کره‌های سلسله مراتبی نیکل اکسید مبتنی بر آرایه‌ای از نانو میله‌ها به‌عنوان الکتروکاتالیست با عملکرد دوگانه برای تجزیه‌ی فوتولیز/الکترولیز انتخابی و مقاوم در برابر خوردگیِ آب دریا»، با حل نظری و تجربی یک مسئله چالشی برای کاهش مصرف مواد کربنی در حوزه تولید انرژی، اکنون نوید به‌کارگیری منابع فراوان و پاک روی کره زمین (فناوری فوتوولتائیک در آب دریا) را می‌دهد.
در این مقاله آمده است؛ یکی از اصلیترین چالشهایی که بشر در قرن ۲۱ با آن مواجه است، بحران تأمین انرژی است. حدود ۸۵ درصد مصرف کل انرژی جهان از طریق به‌کارگیری سوخت‌های فسیلی تأمین می‌شود. منابع سوخت‌های فسیلی محدود هستند و در سالهای آینده جواب‌گوی نیاز انرژی بشر نخواهند بود. همچنین باعث انتشار میزان زیادی گازهای گلخانهای ازجمله کربن دی‌اکسید میشوند. به دنبال گسیل گازهای گلخانهای در فضا، تغییرات اقلیمی ازجمله تغییر در میزان بارشهای سالیانه و تغییر در pH آب دریاها در حال وقوع است که سلامت بشر را تهدید می‌کند. درواقع، اثرات زیست‌محیطی زیان‌بار به شکل وسیعی در حال گسترش هستند و با ادامه شرایط فعلی سیاره زمین به سمت شرایط غیرقابل قبولی برای نسل‌های آتی پیش خواهد رفت.
برای رفع این مشکلات، تحولات اساسی در حوزه انرژی و پذیرش جامعه برای مصرف کمتر از مواد کربنی امری بسیار ضروری است. ازاین‌رو اهمیت به‌کارگیری منابع تمیز و تجدیدپذیر به‌عنوان جایگزینی مناسب و بالقوه برای سوخت‌های فسیلی بیش‌ازپیش الزامی است.
هیدروژن یک حامل انرژی پاک و قابل ذخیره‌سازی، پایدار و دوستدار محیط‌زیست است که می‌تواند از طریق الکترولیز آب تولید شود و در جهت مبارزه با تغییرات اقلیمی و رسیدن به میزان صفر انتشار گازهای گلخانهای مؤثر واقع شود. زیرا چرخه تولید و مصرف و بازسازی هیدروژن بدون انتشار کربن انجام می‌شود. اما تولید هیدروژن از طریق تجزیه آب خالص در جهان فشار زیادی به منابع آب شیرین وارد خواهد کرد. بنابراین، وابستگی فناوری الکترولیز آب به منابع آب شیرین یک تهدید بزرگ برای محیط‌زیست پایدار خواهد بود.
از طرفی آبهای شور و کم کیفیت موجود در اقیانوسها و دریاها به‌عنوان یکی از منابع فراوان بر روی کره زمین هستند که میتوانند در جهت رفع تغییرات اقلیمی و تأمین انرژی پاک به‌طور اقتصادی مورداستفاده قرار گیرند، به‌گونه‌ای که الکترولیز آب دریا برای تولید هیدروژن پایدار و اصلاحات زیستی می‌تواند به یک فناوری جذاب و انعطاف‌پذیر تبدیل شود. درواقع فناوری الکترولیز آب دریا یادآور ضرب‌المثل «با یک تیر دو نشان زدن است»، چراکه هم در جهت تولید هیدروژن و هم برای شیرین‌سازی آب دریا می‌تواند به‌کار گرفته شود. الکترومغناطیس‌ها به‌عنوان مؤلفه کلیدی سیستمهای الکتروشیمیایی تجزیه آب دریا محسوب میشوند. ازاین‌رو توسعه و به‌کارگیری الکتروکاتالیست‌های مناسب که مواد آن‌ها ازلحاظ اقتصادی مقرون‌به‌صرفه هستند و پایداری خوبی در برابر خوردگی آب دریا دارند و درنهایت کارایی و عملکرد بهتری از خود نشان میدهند، در حوزه تأمین انرژی پاک و محیط‌زیست سالم، امری بسیار ضروری است.
حال در یک پژوهش پیشگامانه، گروهی از پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف، با تلاش خدیجه همتی (از دانشکده فیزیک) به سرپرستی دکتر علیرضا مشفق (از دانشکده فیزیک) و همکاری پژوهشگران دانشگاه SKKU کره جنوبی به سرپرستی دکتر هیویانگ لی (از دانشکده انرژی) و دکتر مرادلو از دانشگاه الزهرا (از دانشکده شیمی)، به‌صورت نظری و تجربی موفق به طراحی و ساخت الکتروکاتالیست‌هایی پایدار و زیست سازگار با هزینههای پایین با عملکرد دوگانه جهت تجزیه کارآمد و بادوام آب دریا به سوخت‌های هیدروژن و اکسیژن و همچنین تضعیف و کنترل واکنش‌های رقابتی و مزاحم موجود در آب دریا شدند.
به‌طور خلاصه، الکتروکاتالیست‌های نانو ساختار بر پایه نیکل شامل میکروکره‌های نیکل اکسید هستند، به‌طوری‌که سطح این میکروکره‌ها به‌صورت کاملاً یکنواخت و متراکم توسط آرایه‌ای از نانو ساختارهای میله‌ای شکل پوشیده شده که منجر به یک معماری با ساختار سلسه مراتبی سه‌بعدی با مورفولوژی قاصدک‌شکل خواهد شد. وجود و مشارکت سطح مؤثر بالا با سایت‌های فعال فراوان ناشی از تشکیل این معماری، بهبود فعالیت ذاتی هر سایت فعال و همچنین توانایی انتقال بار مؤثر ناشی از رسانایی الکتریکی خوب باعث افزایش فعالیت الکتروکاتالیستی سیستم توسعه‌یافته در راستای انجام هر دونیم واکنش تولید گازهای هیدروژن و اکسیژن و تضعیف و کنترل واکنش‌های مزاحم و رقابتی در آب دریا می‌شود. پایداری خوب الکتروکاتالیست سنتز شده را می‌توان عمدتاً به دلیل مقاومت در برابر خوردگی ساختار سلسله مراتبی نیکل اکسید نسبت داد.
دستاوردهای حاصل از این پژوهش نه‌تنها امکان استفاده از الکتروکاتالیست‌های فلزات غیر نجیب برای تولید سوخت‌های هیدروژن و اکسیژن از آب شور دریا را مطرح می‌کند، بلکه رویکردی نو برای طراحی منطقی و مؤثر ساختارهای با معماری سلسله مراتبی سه‌بعدی به‌منظور استفاده در حوزه تبدیل و ذخیره انرژی ارائه می‌دهد.
این گروه پژوهشی همچنین موفق شدند یک سیستم یکپارچه خورشیدی تجزیه آب دریا را با استفاده از الکتروکاتالیست‌های توسعه داده‌شده راه‌اندازی کنند. یکی از مزیتهای تولید هیدروژن با استفاده از تجزیه الکتروکاتالیستی آب شور دریا نیز سادگی و اقتصادی بودن آن است. به همین دلیل این سیستم قابلیت آن را دارد که در مقیاس جهانی مورداستفاده قرار گیرد. ازاین‌رو چشم‌انداز وسیع‌تر این پژوهش طراحی و ساخت دستگاه تولید هم‌زمان الکتریسیته و آب شیرین با استفاده از هیدروژن و اکسیژن تولیدشده از آب دریا است.
بنابر اعلام روابط عمومی دانشگاه صنعتی شریف؛ نتایج این پژوهش ۶ آوریل ۲۰۲۳ در جلد ۱۳ (صفحات ۵۵۲۸-۵۵۱۶) مجله معتبر ACS Catalysis از انتشارات انجمن شیمی آمریکا (ACS) با ضریب تأثیر ۱۳.۷ به چاپ رسیده است.
لینک دسترسی به مقاله
انتهای پیام
منبع: ایسنا
کلیدواژه: دانشگاه صنعتی شریف آب شیرین بحران انرژی جهاد دانشگاهی زیست بوم نوآوری نخبگان ایران معاونت علمي و فناوري رياست جمهوري هوش مصنوعی سیاره مشتری ماموریت JUICE خورشيد ايستگاه فضايي بين المللي پژوهش جهاد دانشگاهی زیست بوم نوآوری نخبگان ایران معاونت علمي و فناوري رياست جمهوري هوش مصنوعی سیاره مشتری هیدروژن و اکسیژن تولید هیدروژن الکترولیز آب آب شیرین آب دریا
درخواست حذف خبر:
«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.isna.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایسنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۷۵۲۶۰۷۴ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.
با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.
خبر بعدی:
دستگاه ذخیره انرژی انعطاف‌پذیر برای گجت‌های پوشیدنی ساخته شد
به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینیرینگ، محبوبیت روزافزون فناوری‌های پوشیدنی، ضرورت برخورداری از منابع انرژی را که بتوانند با انعطاف پذیری و حرکت این دستگاه های نوآورانه مطابقت داشته باشند، برجسته می کند.
این پیشرفت هیجان انگیز که نتایج آن در نشریه Flexible Electronics منتشر شده است، راه را برای پوشیدنی های واقعا سازگار و راحت هموار می کند.
ظهور ابزارهای پوشیدنی از ردیاب های تناسب اندام گرفته تا لباس های هوشمند بر لزوم تغییر در نحوه ذخیره انرژی تاکید می کند. اگرچه باتری های معمولی، کارآمدند، اما اغلب فاقد انعطاف پذیری لازم برای این دستگاه های الکترونیکی نرم هستند.
ابرخازن های میکرو (MSC) به دلیل چگالی توان بالا، قابلیت شارژ سریع و طول عمر طولانی به عنوان یک جایگزین امیدوارکننده ظاهر شده اند اما هنوزیک مانع بزرگ وجود دارد: ساخت الکترود.
به طور معمول، الکترودها از مواد شکننده ای مانند طلا ساخته می شوند که به طور قابل توجهی توانایی دستگاه را برای تغییر شکل بدون به خطر انداختن عملکرد محدود می کند. در مقابل، اگرچه فلز مایع یوتکتیک گالیوم - ایندیوم (EGaIn) رسانایی و تغییر شکل پذیری فوق العاده ای دارد اما کشش سطحی بالای آن، الگوبرداری ظریف را که گامی حیاتی در ایجاد الکترودهای کارآمد است، بسیار دشوار می‌کند.
یک گروه از پژوهشگران به رهبری پروفسور «جین کن کیم» « Jin Kon Kim » و دکتر «کئون وو کیم» « Keon-Woo Kim » از دانشگاه علم و فناوری پوهانگ (POSTECH) با همکاری دکتر «چانوو یانگ» « Chanwoo Yang » و «سئونگ جو پارک» « Seong Ju Park » از موسسه فناوری صنعتی کره (KITECH)، راه حلی با استفاده از فناوری لیزر ابداع کرد.
نوآوری آن‌ها در الگوبرداری موفق لیزری EGaIn و ماده فعال گرافن، بر روی یک بستر قابل کشش ساخته شده از کوپلیمر پلی استایرن – بلوک - پلی (اتیلن – کو - بوتیلن) – بلوک - پلی استایرن (SEBS) نهفته است.
این روش کَندگی لیزری چندین مزیت را ارائه می دهد از جمله آنکه اطمینان حاصل شد بستر زیرین SEBS بدون آسیب باقی می ماند و انعطاف پذیری کلی دستگاه را حفظ می کند. علاوه بر این، آزمایش‌ها نشان داد که ظرفیت فضایی که معیاری از ظرفیت ذخیره انرژی دستگاه در واحد سطح است حتی پس از انجام یک‌هزار چرخه کششی، بدون تغییر باقی می ماند.
همچنین، محققان عملکرد پایدار را تحت تغییر شکل های مکانیکی مختلف از جمله کشش، تا شدن، پیچش و چروک شدن مشاهده کردند. این پیشرفت پتانسیل بسیار زیادی برای آینده فناوری پوشیدنی دارد.
کیم دراینباره توضیح داد: استفاده از الکترودهای فلزی مایع با طرح لیزری، نشان دهنده گام مهمی در توسعه راه حل های ذخیره انرژی قابل تغییر شکل است. این نوآوری راه را برای ایجاد پوشیدنی های راحت و سازگاری هموار می کند که می توانند به طور یکپارچه با سبک زندگی پویای ما ادغام شوند.
ردیاب های تناسب اندام نازکی را تصور کنید که به راحتی در حین ورزش به دور مچ دست شما می پیچند، لباس های هوشمندی که طول حرکات روزانه در تن شما هستند، یا دستگاه‌های پزشکی که برای تجربه ای راحت تر و شخصی تر با بدن مطابقت دارند.
با این پژوهش، آینده فناوری پوشیدنی روشن تر و انعطاف پذیرتر از همیشه به نظر می رسد.
انتهای پیام/
مدیررسانهای پرسپولیس: سپاهان به جای شکایت بیجا، عذرخواهی کند