يمكن أن التمثيل الضوئي الاصطناعي يكون بديلا الألواح الشمسية ؟

في عام 1912 في مجلة العلوم نشرت مقالا الذي الأستاذ جياكومو Ciamician كتب: "الفحم الطاقة الشمسية تقدم للبشرية في شكله الأكثر تركيزا ، ولكن تستنفد الفحم. هو الأحفوري الطاقة الشمسية الوحيدة التي يمكن استخدامها الحياة الحديثة و الحضارة؟". في وقت لاحق في هذه المقالة ، ويضيف:

"مبنى زجاجي سوف يكون في كل مكان ؛ الداخل أنها سوف تأخذ مكان الضوئية العمليات التي حتى الآن كانت سرية حراسة من النباتات ، ولكن التي سيتم تطويرها من قبل الإنسان صناعة يتعلم كيفية جعلها تعطي المزيد من الفاكهة وفيرة من الطبيعة لأن الطبيعة هي في عجلة من امرنا البشرية هو على العكس من ذلك. الحياة والحضارة سوف يستمر طالما تشرق الشمس".

مائة سنة من Jamican عرض التمثيل الضوئي الاصطناعي كوسيلة الفطام من الوقود الأحفوري ، لأن البحث عن حل تستمر حتى اندلعت مع متجددة.

في حين أن الألواح الشمسية محدودة النظرية يحد من كفاءتها ، في مكان ما هناك مكان التمثيل الضوئي الاصطناعي ، المنسية منذ فترة طويلة عم الألواح الشمسية. فمن المحتمل جدا أن الناس سوف تستمر في حرق السائل والوقود الصلب التي تحرق ، في حين أن الألواح الشمسية سوف تكون فقط قادرة على أن توفر لنا الكهرباء.

تغير المناخ يعطي دفعة جديدة للبحث في التمثيل الضوئي الاصطناعي. النباتات تفعل شيئا آخر المفيدة: القبض على ثاني أكسيد الكربون. معظم النماذج المناخية التي تسمح لنا أن تناسب داخل الحد من اتفاق باريس (2 درجة مئوية) ، تتطلب كميات كبيرة من الطاقة الحيوية مع الكربون التقاط وتخزين الكربون. هذه التكنولوجيا السلبية الانبعاثات عند النباتات التقاط ثاني أكسيد الكربون تتحول إلى الوقود الحيوي ثم حرق. الكربون هو القبض على المحتجزين تحت الأرض.

التمثيل الضوئي الاصطناعي يمكن أن تكون الكربون السلبية مصدر الوقود السائل مثل الإيثانول. البيئة غالبا ما تشير إلى "اقتصاد الهيدروجين" كحل للحد من انبعاثات الكربون. بدلا من استبدال كامل البنية التحتية القائمة — الاعتماد على الصلبة والوقود السائل — نحن فقط نموذج الوقود. وقود مثل الهيدروجين أو الإيثانول يمكن أن تنتج باستخدام الطاقة الشمسية مثل التمثيل الضوئي الاصطناعي ، ولذا فإننا سوف تستمر في استخدام الوقود السائل مع أقل الأضرار البيئية. تعميم الكهرباء قد تكون عملية أكثر تعقيدا من مجرد التحول من البنزين إلى الإيثانول.

التمثيل الضوئي الاصطناعي هو بالتأكيد تستحق الاستكشاف. و في السنوات الأخيرة قد خطت خطوات كبيرة. استثمارية قوية من الحكومة والصناديق الخيرية تتدفق الطاقة الشمسية الوقود. هو التحقيق في عدة مختلفة الضوئية العمليات التي لديها بالفعل القدرة على أن تكون أكثر فعالية من النباتات.

في أيلول / سبتمبر 2017 الوطنية مختبر لورانس بيركلي قد وصف عملية جديدة التي يمكن تحويل CO₂ في الإيثانول, والتي يمكن استخدامها كوقود الإثيلين ، والتي هي بحاجة لإنتاج البولي إيثيلين. وكانت هذه أول مظاهرة من النجاح في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود و مواد البلاستيك.

في بحث نشر مؤخرا في الطبيعة ناقش الحفز التقنية والتي الضوئية لوحة توصيل الجهاز ، electronicausa ثاني أكسيد الكربون. ثم اللاهوائية ميكروب يحول ثاني أكسيد الكربون و الماء باستخدام الطاقة الكهربائية في بيوتانول.

وأشارت إلى أن القدرة على تحويل الكهرباء إلى المنتجات المطلوبة تقريبا 100 في المئة فعالة و النظام ككل كان قادرا على تحقيق 8% كفاءة تحويل أشعة الشمس إلى وقود. قد يبدو أن هذا هو عدد قليل ، ولكن 20% على ما يرام بالنسبة الألواح الشمسية مباشرة تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء ؛ حتى الأكثر إنتاجية النباتات مثل قصب السكر والدخن ، تكتسب ليس أكثر من 6% من الكفاءة. هذا هو مماثل الوقود الحيوي التي تستخدم حاليا ، مثل الذرة الايثانول ، الذرة هو أقل كفاءة في تحويل أشعة الشمس إلى تخزين الطاقة.

أشكال أخرى من التمثيل الضوئي الاصطناعي تركز على الهيدروجين ممكن الوقود. باحثون من جامعة هارفارد مؤخرا مذهلة إصدار "ورقة الكترونية" التي يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى هيدروجين. واحدة من المزايا الرئيسية هي أن فعاليته ينمو بسرعة ، إذا كنت تعطي له "التنفس" بيور ثاني أكسيد الكربون. إذا أردنا أن نعيش في المستقبل ، والتي كميات ضخمة من ثاني أكسيد الكربون المستخرج من الغلاف الجوي, الآن سيكون لدينا بدائل جيدة جدا. على الرغم من أن الناس لا يحبون هذه الفكرة (الديناميكا الحرارية باستخدام الكهرباء إلى تقسيم الماء إلى الهيدروجين والأكسجين ليست دائما مثالية) لا تزال تجري أبحاث على خلايا الوقود للمركبات و الهيدروجين من أجل تدفئة المنازل ، وخاصة في اليابان.

واحدة من المشاكل المرتبطة مع أي جهد يهدف إلى خلق التمثيل الضوئي الاصطناعي هو أن المزيد من الخطوات التي يجب أن تكون في عملية التحويل ، المزيد من الطاقة سوف تضيع على طول الطريق. استخدام الأجهزة المكهربة مع توليد الطاقة مباشرة من الشمس ، سوف تكون أكثر فعالية بكثير من أي مخطط تحويل كهرباء و غاز ثاني أكسيد الكربون إلى وقود ، سوف يحرق لاستعادة حصةالكهربائي الإدخال.

وبالإضافة إلى ذلك ، من البيئة وجهة النظر العملية ، وبناء مليار النباتات الاصطناعية قد يكون أقل جدوى من بذر بذور قليلة-اختيار أنواع من الوقود الحيوي. من ناحية أخرى, هذه النباتات في كثير من الأحيان تتطلب التربة الجيدة التي يتدهور بسرعة بسبب الزراعية الضغط. الوقود الحيوي هي بالفعل يشتبه في استخدام الأراضي التي يمكن أن تغذي النمو السكاني. بالاضافة الى التمثيل الضوئي الاصطناعي التي يمكنك أن ترى كيف أن هذه النباتات تعيش في الصحراء أو حتى في المحيط.

كما هو الحال في كثير من الأحيان, ونحن نستمد الإلهام من الطبيعة ولكن لكي نفهم لها لإخضاع وحتى تحسين مشكلة بالنسبة لنا.