นักวิจัยจาก Lawrence Berkeley National Laboratory ร่วมมือกับพันธมิตรทางวิชาการหลายรายได้เปิดตัวความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านการสังเคราะห์แสงเทียม ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการเปลี่ยน CO₂ ให้เป็นไฮโดรคาร์บอนที่มีค่า เช่น เอธานและเอทิลีน
งานวิจัย ที่ตีพิมพ์ล่าสุดในวารสาร Nature Catalysisนำเสนอระบบใหม่ที่ใช้ทองแดงและวัสดุเพอร์รอฟสไกต์ที่มีโครงสร้างระดับนาโนเพื่อเลียนแบบความสามารถในการดักจับแสงของคลอโรฟิลล์ ซึ่งเป็นรงควัตถุสีเขียวที่ขับเคลื่อนกระบวนการสังเคราะห์แสงในพืช แนวทางใหม่นี้ไม่เพียงแต่แสดงถึงความก้าวหน้าอย่างมากในการวิจัยด้านพลังงานเท่านั้น แต่ยังสอดคล้องกับเป้าหมายด้านความยั่งยืนในวงกว้างด้วยการใช้เพียงแสงแดด คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ
ระบบใหม่นี้ผสานรวมวัสดุเพอรอฟสไกต์ซึ่งได้รับการยอมรับว่ามีประสิทธิภาพในการใช้งานโฟโตวอลตาอิกส์เข้ากับอิเล็กโทรแคตาลิสต์ทองแดงแบบ “นาโนฟลาวเวอร์” ที่เป็นเอกลักษณ์ การออกแบบนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากเอนไซม์จากธรรมชาติที่ช่วยให้เกิดการสังเคราะห์แสง จึงทำให้การทำงานของอุปกรณ์ดีขึ้น ซึ่งแตกต่างจากตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะแบบดั้งเดิม การออกแบบของทองแดงช่วยให้สังเคราะห์ไฮโดรคาร์บอนที่ซับซ้อนมากขึ้นด้วยอะตอมคาร์บอนสองอะตอม ซึ่งจำเป็นต่อการผลิตเชื้อเพลิงและสารเคมีต่างๆ ความก้าวหน้าครั้งนี้ขยายขอบเขตของการผลิตพลังงานสะอาด และปูทางไปสู่การผลิตวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยไม่ต้องปล่อยคาร์บอนเพิ่มเติม
งานวิจัยนี้เป็นส่วนประกอบสำคัญของLiquid Sunlight Alliance (LiSA)ซึ่งเป็นโครงการความร่วมมือที่ก่อตั้งโดยกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา LiSA มีเป้าหมายเพื่อส่งเสริมความก้าวหน้าในด้านเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์ผ่านการวิจัยแบบสหวิทยาการ โดยรวบรวมนักวิทยาศาสตร์กว่า 100 คนจากสถาบันต่างๆ รวมถึงสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียและห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติ ด้วยการมุ่งเน้นการบูรณาการแบบจำลองทางทฤษฎีกับข้อมูลการทดลองแบบเรียลไทม์ LiSA มีเป้าหมายที่จะเร่งความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์ นับตั้งแต่เริ่มก่อตั้งในปี 2020 LiSA ได้ช่วยให้เกิดการปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์และความทนทานของวัสดุ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการขยายขนาดของระบบนวัตกรรมดังกล่าว
เป่ยตง หยาง (ขวา) และเจียอัน หลิน นักวิจัยระดับบัณฑิตศึกษา ใช้สารดูดซับแสงเพอร์รอฟสไกต์เฮไลด์ตะกั่ว ซึ่งเลียนแบบคลอโรฟิลล์ที่ดูดซับแสงของใบไม้ และตัวเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้าที่ทำจากทองแดงซึ่งมีลักษณะคล้ายดอกไม้ขนาดเล็ก(เครดิต: มาริลิน ซาร์เจนท์/ห้องปฏิบัติการเบิร์กลีย์)
Peidong Yang นักวิทยาศาสตร์อาวุโสแห่ง Berkeley Lab และผู้เขียนร่วมของการศึกษานี้เน้นย้ำว่าแม้ว่าความพยายามก่อนหน้านี้ในการสังเคราะห์แสงด้วยแสงเทียมมักจะอาศัยวัสดุทางชีวภาพ แต่การใส่ทองแดงเข้าไปจะช่วยเพิ่มความทนทานและเสถียรภาพของระบบ ปัจจุบันทีมงานของ Yang กำลังมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพและขยายขนาดของเทคโนโลยีใบไม้เทียมนี้ ซึ่งจะเป็นแกนหลักในการปรับขนาดระบบให้สามารถนำไปใช้งานจริงได้
งานวิจัยนี้ไม่เพียงแต่ทำให้เหล่านักวิทยาศาสตร์เข้าใกล้การจำลองผลผลิตตามธรรมชาติของใบไม้มากขึ้นเท่านั้น แต่ยังเปิดเส้นทางใหม่ในการพัฒนาวิธีการผลิตทางเคมีที่ยั่งยืนอีกด้วย ผลการวิจัยนี้ไม่เพียงแต่เป็นก้าวหนึ่งสู่การใช้คาร์บอนอย่างมีประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังบ่งบอกถึงอนาคตที่การผลิตพลังงานและความรับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อมจะมาคู่กัน โดยตอบสนองความต้องการพลังงานระดับโลกไปพร้อมๆ กับการบรรเทาผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอีกด้วย
