برگ های مصنوعی نوعی از فتوسنتز را انجام می دهند؛ روندی که گیاهان توسط آن از آب و دی اکسید کربن هوا استفاده کرده و با بهره از انرژی خورشید کربوهیدرات تولید می کنند، اما حتی این آخرین ساخته های دست بشر نیز که بشارت کاستن از گاز خطرناک دی اکسیدکربن را می دهند، تنها در محیط های آزمایشگاهی کار می کنند؛ زیرا از دی اکسید کربن خالص و تحت فشار داخل کپسول استفاده می کنند.
اما اکنون گروهی از محققان دانشگاه ایلینوی در شهر شیکاگو آمریکا راهکاری پیشنهاد کرده اند که می تواند برگ های مصنوعی را به خارج از آزمایشگاه آورده و وارد محیط کند. این برگ های مصنوعی از دی اکسید کربن موجود در هوا استفاده می کنند و دست کم ۱۰ برابر کارآمدتر از برگ های مصنوعی در تبدیل دی اکسید کربن هستند.
مینش سینگ/Meenesh Singh عضو هیات علمی گروه مهندسی شیمی در کالج مهندسی دانشگاه ایلینوی و محقق ارشد این پژوهش می گوید: تمام برگ های مصنوعی تاکنون در آزمایشگاه آزمایش شده اند و از دی اکسید کربن داخل کپسول استفاده کرده اند. این برگ ها برای اینکه در دنیای واقعی با موفقیت عمل کنند، باید بتوانند دی اکسید کربن را از منابع رقیق تری مانند هوا یا گازهای سوخته تامین کنند.
بر پایه این گزارش جدا کردن منابع دی اکسید کربن فشرده شده از این برگ ها به معنای آن است که باید راهی برای جمع و فشردن دی اکسیدکربن از هوا داشته باشند تا واکنش های مصنوعی فتوسنتز خود را انجام دهند.
سینگ و همکارانش با قراردادن یک برگ مصنوعی داخل کپسولی شفاف ساخته شده از غشا نیمه تراوا و مملو از آب، به طراحی جدیدی از برگ های مصنوعی دست یافتند. این غشا باعث می شود آب هنگام گرم شدن با نور خورشید بخار و از غشا خارج شود. همان طور که آب از طریق غشا خارج می شود، دی اکسید کربن را از هوا گرفته و وارد غشا می کند.
واحد فتوسنتز مصنوعی داخل کپسول از نوعی جذب کننده نور ساخته و با کاتالیست پوشانده شده است، این واحد که دی اکسید کربن را به منواکسید کربن تبدیل می کند قابل خارج شدن از غشا یاد شده و استفاده به عنوان مبنایی برای ساخت سوخت های ترکیبی مختلف است. اکسیژن نیز در این روند تولید می شود و قابل جمع کردن یا انتشار در محیط پیرامون است.
سینگ می گوید: با فشرده کردن فناوری برگ مصنوعی سنتی داخل این غشای تخصصی، کل واحد قابلیت کارکرد در محیط خارج از آزمایشگاه را نیز دقیقا مانند یک برگ معمولی دارد.
برآوردهای آنها نشان می دهد ۳۶۰ برگ که هر کدام یک متر و ۷۰ سانتی متر طول و حدود ۲۰ سانتی متر عرض داشته باشند، می توانند نزدیک به نیم تن منواکسید کربن در هر روز تولید کنند که قابل استفاده به عنوان مبنایی برای سوخت های ترکیبی است، به عبارت دیگر ۳۶۰ برگ مصنوعی که ۵۰۰ متر مربع فضا را می پوشانند می توانند سطح دی اکسید کربن محیط پیرامون خود را ۱۰ درصد در یک روز کاهش دهند.
سینگ گفت: طراحی مفهومی ما با فناوری و مواد در دسترس انجام شده است، وقتی این برگ ساخته شود قابل استفاده در محیط بیرون است و می تواند نقش مهمی در کاهش گازهای گلخانه ای در جو پدید آورد.
مقاله مفصلی از جزئیات این پژوهش در نشریه شیمی سبز و مهندسی /ACS Sustainable Chemistry & Engineering وابسته به انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است.