นักวิจัยค้นพบวิธีเปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจนอย่างมีประสิทธิภาพ

นักวิจัยได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่ามีความเป็นไปได้ที่จะเก็บเกี่ยวพลังงานทั้งหมดทุกช่วงสเปคตรัมของแสงอาทิตย์และเปลี่ยนมันเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพซึ่งอาจช่วยให้โลกไม่ต้องพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลในอนาคต

ทีมวิจัยที่มหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตต ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้พัฒนาโมเลกุลเดี่ยวชนิดใหม่ที่สามารถดูดซับแสงอาทิตย์ได้ทุกช่วงสเปคตรัมทำให้ได้พลังงานจากแสงอาทิตย์มากกว่าแผงโซลาร์เซลล์ในปัจจุบันถึง 50% และยังทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นปฏิกิริยาเพื่อเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นไฮโดรเจนซึ่งเป็นเชื้อเพลิงสะอาดสำหรับใช้กับรถยนต์

“ไอเดียทั้งหมดก็คือเราสามารถใช้โฟตอนจากดวงอาทิตย์และเปลี่ยนมันเป็นไฮโดรเจน เราดูดซับพลังงานจากแสงอาทิตย์และเก็บมันไว้ในพันธะเคมีเพื่อที่สามารถนำมันมาใช้ในภายหลัง” Claudia Turro ศาสตราจารย์ด้านเคมีหัวหน้าทีมวิจัยกล่าว

โฟตอนเป็นอนุภาคที่เป็นองค์ประกอบของแสงอาทิตย์ที่มีพลังงาน นี่เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่ามันเป็นไปได้ที่จะเก็บเกี่ยวพลังงานจากทุกช่วงสเปคตรัมของแสงอาทิตย์รวมถึงย่านอินฟราเรดที่ค่อนข้างยากในการดูดซับพลังงาน และยังสามารถเปลี่ยนมันเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ

การสร้างไฮโดรเจนของทีมวิจัยเป็นเทคนิคใหม่ ระบบของพวกเขาสามารถทำให้โมเลกุลอยู่ในสภาวะถูกกระตุ้นซึ่งมันจะสามารถดูดซับโฟตอนและสามารถเก็บอิเล็กตรอนสองตัวเพื่อใช้สร้างไฮโดรเจน การจัดเก็บอิเล็กตรอนสองตัวในโมเลกุลเดี่ยวที่มาจากโฟตอนสองตัวและใช้พวกมันรวมกันเพื่อสร้างไฮโดรเจนนั้นไม่เคยมีมาก่อน

ส่วนใหญ่แล้วความพยายามในการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์และเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจนก่อนหน้านี้จะมุ่งเน้นไปที่ย่านอัลตราไวโอเลตที่มีพลังงานสูงและยังใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำจากหลายโมเลกุล แต่พลังงานจะเกิดการสูญเสียระหว่างการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนขณะสร้างไฮโดรเจนจากแสงอาทิตย์ ทำให้ระบบที่ใช้หลายโมเลกุลมีประสิทธิภาพต่ำ

มีงานวิจัยที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบโมเลกุลเดี่ยวอยู่บ้างเหมือนกันแต่ก็ไม่มีประสิทธิภาพ ส่วนหนึ่งเนื่องจากไม่ได้เก็บเกี่ยวพลังงานจากทุกช่วงสเปคตรัมของแสงอาทิตย์ และอีกส่วนหนึ่งเป็นเพราะว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเสื่อมลงอย่างรวดเร็ว

ทีมวิจัยค้นพบวิธีทำตัวเร่งปฏิกิริยาแบบโมเลกุลเดี่ยวจากโรเดียม (Rhodium) ซึ่งมีการสูญเสียพลังงานน้อย และค้นพบวิธีเก็บเกี่ยวพลังงานทุกช่วงสเปคตรัมตั้งแต่ย่านอินฟราเรดถึงย่านอัลตราไวโอเลต ระบบโมเลกุลเดี่ยวที่ทีมวิจัยออกแบบขึ้นนี้เมื่อใช้กับรังสีอินฟราเรดกลับมีประสิทธิภาพสูงกว่าระบบโมเลกุลเดี่ยวก่อนหน้านี้ที่ใช้กับรังสีอัลตราไวโอเลตถึง 25 เท่า

แต่ก่อนที่ผลงานวิจัยชิ้นนี้จะสามารถนำไปใช้งานได้จริงนั้นยังคงมีงานที่ต้องทำอีกมาก เนื่องจากโรเดียมเป็นธาตุที่หายากและราคาแพงมาก ขณะนี้ทีมวิจัยกำลังพยายามค้นหาวิธีสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาจากวัสดุที่มีราคาไม่แพงและวิธีที่ทำให้ระบบสามารถผลิตไฮโดรเจนในระยะเวลาที่ยาวนานขึ้น แต่งานวิจัยนี้ก็ได้ทำให้การผลิตไฮโดรเจนด้วยปฏิกิริยาสังเคราะห์แสง (Photocatalyst) ใกล้เป็นความจริงเข้าไปอีกขั้นหนึ่งแล้ว

 
ข้อมูลและภาพจาก osu.edu, newatlas