செயற்கை ஒளிச்சேர்க்கை: கிரகத்தைக் காப்பாற்றக்கூடிய டூ இன் ஒன் தொழில்நுட்பம்

ஒளிச்சேர்க்கை: இந்த கிரகத்தில் வாழ்வதற்கான அடிப்படை வழிமுறை, GCSE உயிரியல் மாணவர்களின் கசை, மற்றும் இப்போது காலநிலை மாற்றத்தை எதிர்த்துப் போராடுவதற்கான ஒரு சாத்தியமான வழி. CO2 மற்றும் தண்ணீரை நாம் எரிபொருளாக மாற்றுவதற்கு சூரிய ஒளியை தாவரங்கள் எவ்வாறு பயன்படுத்துகின்றன என்பதைப் பிரதிபலிக்கும் ஒரு செயற்கை முறையை உருவாக்க விஞ்ஞானிகள் கடுமையாக உழைத்து வருகின்றனர். இது செயல்பட்டால், அது நமக்கு ஒரு வெற்றி-வெற்றி காட்சியாக இருக்கும்: இந்த முறையில் உற்பத்தி செய்யப்படும் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலால் நாம் பயனடைவது மட்டுமல்லாமல், வளிமண்டலத்தில் CO2 அளவைக் குறைக்க இது ஒரு முக்கிய வழியாகும்.

இருப்பினும், தாவரங்கள் ஒளிச்சேர்க்கையை உருவாக்க பில்லியன் கணக்கான ஆண்டுகள் எடுத்தன, மேலும் இயற்கையில் என்ன நடக்கிறது என்பதைப் பிரதிபலிக்க எப்போதும் எளிதான பணி அல்ல. இந்த நேரத்தில், செயற்கை ஒளிச்சேர்க்கையின் அடிப்படை படிகள் வேலை செய்கின்றன, ஆனால் மிகவும் திறமையாக இல்லை. நல்ல செய்தி என்னவென்றால், இந்தத் துறையில் ஆராய்ச்சி வேகம் அதிகரித்து வருகிறது, மேலும் இந்த ஒருங்கிணைந்த செயல்முறையைப் பயன்படுத்துவதற்கு உலகெங்கிலும் குழுக்கள் உள்ளன.

இரண்டு-படி ஒளிச்சேர்க்கை

ஒளிச்சேர்க்கை என்பது சூரிய ஒளியைக் கைப்பற்றுவது மட்டுமல்ல. சூடான வெயிலில் குளிக்கும் பல்லி அதைச் செய்யலாம். ஒளிச்சேர்க்கை இந்த ஆற்றலை ("புகைப்படம்" பிட்) கைப்பற்றி சேமித்து கார்போஹைட்ரேட்டுகளாக ("தொகுப்பு" பிட்) மாற்றும் ஒரு வழியாக தாவரங்களில் உருவானது. தாவரங்கள் எலக்ட்ரான்களை வெளியிட சூரிய ஒளியால் இயங்கும் புரதங்கள் மற்றும் நொதிகளின் வரிசையைப் பயன்படுத்துகின்றன, இது CO2 ஐ சிக்கலான கார்போஹைட்ரேட்டுகளாக மாற்ற பயன்படுகிறது. அடிப்படையில், செயற்கை ஒளிச்சேர்க்கை அதே படிகளைப் பின்பற்றுகிறது.

லண்டனில் உள்ள லேம்ப் போஸ்ட்கள் சார்ஜிங் புள்ளிகளாக மாற்றப்படுகின்றன என்பதைப் பார்க்கவும் இங்கிலாந்தில் சூரிய ஆற்றல்: சூரிய சக்தி எவ்வாறு செயல்படுகிறது மற்றும் அதன் நன்மைகள் என்ன?

"இயற்கை கார்பன் சுழற்சியின் ஒரு பகுதியான இயற்கை ஒளிச்சேர்க்கையில், ஒளி, CO2 மற்றும் நீர் ஆலைக்குள் சென்று ஆலை சர்க்கரையை உருவாக்குகிறது," என்று மின் மற்றும் கணினி பொறியியல் துறையில் பணிபுரியும் PhD வேட்பாளர் பில் டி லூனா விளக்குகிறார். டொராண்டோ பல்கலைக்கழகம். "செயற்கை ஒளிச்சேர்க்கையில், கனிம சாதனங்கள் மற்றும் பொருட்களைப் பயன்படுத்துகிறோம். உண்மையான சூரிய-அறுவடை பகுதி சூரிய மின்கலங்களால் செய்யப்படுகிறது மற்றும் ஆற்றலை மாற்றும் பகுதி மின்வேதியியல் [முன்னிலையில் எதிர்வினைகள்] வினையூக்கிகளால் செய்யப்படுகிறது.

நீண்ட கால ஆற்றல் சேமிப்புக்காக எரிபொருளை உற்பத்தி செய்யும் திறன் இந்த செயல்முறையில் உண்மையில் ஈர்க்கிறது. தற்போதைய புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி ஆதாரங்கள், வளர்ந்து வரும் பேட்டரி தொழில்நுட்பத்துடன் கூட செய்யக்கூடியதை விட இது மிகவும் அதிகம். சூரியன் வெளியேறவில்லை என்றால் அல்லது அது காற்று வீசும் நாளாக இல்லாவிட்டால், உதாரணமாக, சோலார் பேனல்கள் மற்றும் காற்றாலைகள் உற்பத்தி செய்வதை நிறுத்துகின்றன. "சிக்கலான எரிபொருளில் நீடித்த பருவகால சேமிப்பு மற்றும் சேமிப்பிற்கு, எங்களுக்கு ஒரு சிறந்த தீர்வு தேவை" என்கிறார் டி லூனா. "பேட்டரிகள் நாளுக்கு நாள், தொலைபேசிகள் மற்றும் கார்களுக்கு கூட சிறந்தவை, ஆனால் நாங்கள் ஒருபோதும் [போயிங்] 747 ஐ பேட்டரியுடன் இயக்கப் போவதில்லை."

தீர்க்க வேண்டிய சவால்கள்

சூரிய மின்கலங்களை உருவாக்கும் போது - செயற்கை ஒளிச்சேர்க்கையின் செயல்பாட்டின் முதல் படி - நாம் ஏற்கனவே தொழில்நுட்பத்தை வைத்துள்ளோம்: சூரிய சக்தி அமைப்புகள். இருப்பினும், தற்போதைய ஒளிமின்னழுத்த பேனல்கள், பொதுவாக குறைக்கடத்தி அடிப்படையிலான அமைப்புகளாகும், அவை இயற்கையுடன் ஒப்பிடும்போது ஒப்பீட்டளவில் விலை உயர்ந்தவை மற்றும் திறனற்றவை. ஒரு புதிய தொழில்நுட்பம் தேவை; மிகவும் குறைவான ஆற்றலை வீணடிக்கும் ஒன்று.

அட்லாண்டாவில் உள்ள ஜோர்ஜியா ஸ்டேட் யுனிவர்சிட்டியைச் சேர்ந்த கேரி ஹேஸ்டிங்ஸ் மற்றும் அவரது குழுவினர், தாவரங்களின் அசல் செயல்முறையைப் பார்க்கும்போது ஒரு தொடக்கப் புள்ளியில் தடுமாறியிருக்கலாம். ஒளிச்சேர்க்கையில், கலத்தில் ஒரு குறிப்பிட்ட தூரத்திற்கு எலக்ட்ரான்களை நகர்த்துவது முக்கியமான புள்ளியாகும். மிகவும் எளிமையான சொற்களில், சூரிய ஒளியால் ஏற்படும் இந்த இயக்கம் பின்னர் ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது. ஹேஸ்டிங்ஸ் இந்த செயல்முறை இயற்கையில் மிகவும் திறமையானது என்று காட்டினார், ஏனெனில் இந்த எலக்ட்ரான்கள் அவற்றின் அசல் நிலைக்குத் திரும்ப முடியாது: "எலக்ட்ரான் அது எங்கிருந்து வந்ததோ அங்கு திரும்பிச் சென்றால், சூரிய ஆற்றல் இழக்கப்படுகிறது." தாவரங்களில் இந்த சாத்தியம் அரிதாக இருந்தாலும், சோலார் பேனல்களில் இது அடிக்கடி நிகழ்கிறது, அவை உண்மையானதை விட ஏன் குறைவான செயல்திறன் கொண்டவை என்பதை விளக்குகிறது.

இந்த "ஆராய்ச்சியானது இரசாயன அல்லது எரிபொருள் உற்பத்தி தொடர்பான சூரிய மின்கல தொழில்நுட்பங்களை மேம்படுத்தும்" என்று ஹேஸ்டிங்ஸ் நம்புகிறார், ஆனால் இது தற்போது ஒரு யோசனை என்றும், இந்த முன்னேற்றம் எந்த நேரத்திலும் நடக்க வாய்ப்பில்லை என்றும் அவர் விரைவாகச் சுட்டிக்காட்டுகிறார். "இந்த யோசனைகளின் அடிப்படையில் வடிவமைக்கப்பட்ட ஒரு முழு செயற்கையான சூரிய மின்கல தொழில்நுட்பத்தின் புனைகதையின் அடிப்படையில், எதிர்காலத்தில் தொழில்நுட்பம் இன்னும் அதிகமாக இருக்கும் என்று நான் நம்புகிறேன், ஒரு முன்மாதிரிக்கு கூட அடுத்த ஐந்து ஆண்டுகளுக்குள் இல்லை."

ஒரு சிக்கல் ஆராய்ச்சியாளர்கள் நாங்கள் தீர்க்க நெருங்கிவிட்டதாக நம்புகிறார்கள், செயல்முறையின் இரண்டாவது படி: CO2 ஐ எரிபொருளாக மாற்றுவது. இந்த மூலக்கூறு மிகவும் நிலையானது மற்றும் அதை உடைக்க நம்பமுடியாத அளவு ஆற்றல் தேவைப்படுவதால், செயற்கை அமைப்பு வினையூக்கிகளைப் பயன்படுத்தி தேவையான ஆற்றலைக் குறைக்கிறது மற்றும் எதிர்வினையை விரைவுபடுத்த உதவுகிறது. இருப்பினும், இந்த அணுகுமுறை அதன் சொந்த சிக்கல்களைக் கொண்டுவருகிறது. மாங்கனீசு, டைட்டானியம் மற்றும் கோபால்ட் ஆகியவற்றால் செய்யப்பட்ட வினையூக்கிகளைக் கொண்டு கடந்த பத்து ஆண்டுகளில் பல முயற்சிகள் மேற்கொள்ளப்பட்டன, ஆனால் நீண்ட காலப் பயன்பாடு ஒரு பிரச்சனையாக நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. கோட்பாடு நன்றாகத் தோன்றலாம், ஆனால் அவை சில மணிநேரங்களுக்குப் பிறகு வேலை செய்வதை நிறுத்துகின்றன, நிலையற்றவை, மெதுவாக அல்லது செல் சேதமடையக்கூடிய பிற இரசாயன எதிர்வினைகளைத் தூண்டுகின்றன.

ஆனால் கனேடிய மற்றும் சீன ஆராய்ச்சியாளர்களின் ஒத்துழைப்பு ஜாக்பாட் அடித்ததாகத் தெரிகிறது. நிக்கல், இரும்பு, கோபால்ட் மற்றும் பாஸ்பரஸ் ஆகியவற்றை ஒரு நடுநிலை pH இல் வேலை செய்ய ஒரு வழியைக் கண்டுபிடித்தனர், இது கணினியை இயக்குவதை கணிசமாக எளிதாக்குகிறது. "CO2 குறைப்புக்கு அவசியமான நடுநிலை pH எலக்ட்ரோலைட்டில் எங்கள் வினையூக்கி நன்றாக வேலை செய்ய முடியும் என்பதால், CO2 குறைப்பு மின்னாற்பகுப்பை [a] சவ்வு இல்லாத அமைப்பில் இயக்க முடியும், எனவே மின்னழுத்தத்தை குறைக்க முடியும்" என்று Bo Zhang கூறுகிறார். சீனாவின் ஃபுடான் பல்கலைக்கழகத்தில் மேக்ரோமாலிகுலர் அறிவியல் துறை. ஈர்க்கக்கூடிய 64% மின்-வேதியியல் ஆற்றல் மாற்றத்துடன், குழு இப்போது செயற்கை ஒளிச்சேர்க்கை அமைப்புகளுக்கான அதிக திறன் கொண்ட சாதனையாளர்களாக உள்ளது.

"இப்போது நம்மிடம் இருப்பதில் மிகப்பெரிய பிரச்சனை அளவுகோல்"

அவர்களின் முயற்சிகளுக்காக, குழு NRG COSIA கார்பன் XPRIZE இல் அரையிறுதியை எட்டியது, இது அவர்களின் ஆராய்ச்சிக்காக $20 மில்லியனை வெல்ல முடியும். "மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் மற்றும் தொழில்துறை வசதிகளிலிருந்து CO2 உமிழ்வை மதிப்புமிக்க தயாரிப்புகளாக மாற்றும் திருப்புமுனை தொழில்நுட்பங்களை உருவாக்குதல்" மற்றும் அவற்றின் மேம்படுத்தப்பட்ட செயற்கை ஒளிச்சேர்க்கை அமைப்புகளுடன், அவர்களுக்கு நல்ல வாய்ப்பு உள்ளது.

அடுத்த சவால் அளவை அதிகரிப்பது. "இப்போது நம்மிடம் உள்ள மிகப்பெரிய பிரச்சினை அளவுகோல். நாம் அளவிடும்போது, ​​​​நாம் செயல்திறனை இழக்கிறோம், ”என்று ஜாங்கின் ஆய்வில் ஈடுபட்டிருந்த டி லூனா கூறுகிறார். அதிர்ஷ்டவசமாக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் தங்கள் மேம்பாடுகளின் பட்டியலை முடிக்கவில்லை, இப்போது வெவ்வேறு கலவைகள் மற்றும் வெவ்வேறு கட்டமைப்புகள் மூலம் வினையூக்கிகளை மிகவும் திறமையானதாக மாற்ற முயற்சிக்கின்றனர்.

இரண்டு முனைகளில் வெற்றி

குறுகிய காலத்திலும் நீண்ட காலத்திலும் முன்னேற்றத்திற்கு நிச்சயமாக இன்னும் இடமிருக்கிறது, ஆனால் செயற்கை ஒளிச்சேர்க்கை எதிர்காலத்திற்கான ஒரு சுத்தமான மற்றும் நிலையான தொழில்நுட்பமாக ஒரு முக்கியமான கருவியாக மாறும் திறனைக் கொண்டிருப்பதாக பலர் கருதுகின்றனர்.

"இது நம்பமுடியாத அளவிற்கு உற்சாகமாக இருக்கிறது, ஏனெனில் களம் மிக விரைவாக நகர்கிறது. வணிகமயமாக்கலைப் பொறுத்தவரை, நாங்கள் முக்கிய கட்டத்தில் இருக்கிறோம்," என்று டி லூனா கூறுகிறார், அது செயல்படுகிறதா என்பது "பொதுக் கொள்கை மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி தொழில்நுட்பத்தை ஏற்றுக்கொள்வதற்கு தொழில்துறையின் தத்தெடுப்பு உள்ளிட்ட பல காரணிகளைப் பொறுத்தது. ."

அறிவியலை சரியாகப் பெறுவது உண்மையில் முதல் படி மட்டுமே. ஹேஸ்டிங்ஸ் மற்றும் ஜாங் போன்றவர்களின் ஆராய்ச்சிக்குப் பிறகு, புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலைச் சுற்றியுள்ள நமது உலகளாவிய மூலோபாயத்தில் செயற்கை ஒளிச்சேர்க்கையை உறிஞ்சுவதற்கான முக்கியமான நடவடிக்கை வரும். பங்குகள் அதிகம். அதை இழுத்துச் சென்றால், நாம் இரண்டு முனைகளில் வெற்றி பெறுவோம் - எரிபொருள்கள் மற்றும் இரசாயனப் பொருட்களை உற்பத்தி செய்வது மட்டுமல்லாமல், செயல்பாட்டில் நமது கார்பன் தடம் குறையும்.