सूरज की रोशनी से CO2 को एथेनॉल में बदलने वाला 'नैनो-सैंडविच'

प्राग की चार्ल्स यूनिवर्सिटी में पावला एलियाशोवा के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने एक नया फोटोकैथोड (photocathode) विकसित किया है। यह सूरज की रोशनी का इस्तेमाल कर ग्रीनहाउस गैस कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) को शुद्ध एथेनॉल में बदलने में मदद करता है। जर्नल एडवांस्ड एनर्जी मटीरियल्स में प्रकाशित इस उपकरण ने पानी में सामग्री के जल्दी खराब होने की पुरानी समस्या को हल किया है और इस प्रक्रिया के लिए रिकॉर्ड बदलाव दक्षता हासिल की है।

इस तकनीक में एक सोलर रिएक्टर इस्तेमाल होता है, जिसका मुख्य हिस्सा फोटोकैथोड रोशनी को सोखकर रासायनिक प्रतिक्रिया को चलाता है। क्यूप्रस ऑक्साइड लंबे समय से इसके लिए एक आदर्श सामग्री मानी जाती रही है, क्योंकि यह सस्ती, आसानी से उपलब्ध और सूरज की रोशनी को अच्छी तरह पकड़ने वाली है। लेकिन रोशनी में पानी के भीतर यह लोहे में जंग लगने जैसी तेज़ी से खराब हो जाती है, और कुछ ही दसियों मिनटों में अपनी कार्यक्षमता खो देती है।

विश्वविद्यालय के गणित और भौतिकी संकाय के तोमाश ह्र्बेक के साथ मिलकर काम करने वाली टीम ने एक 'नैनो-सैंडविच' तैयार करके यह समस्या हल की। उन्होंने क्यूप्रस ऑक्साइड को एमएक्सीन (MXenes) नामक द्वि-आयामी सामग्री के साथ जोड़ा, और नियंत्रित तापन से इसकी सतह पर टाइटेनियम डाइऑक्साइड की अत्यंत पतली परत बनाई। इस तरह बदले गए एमएक्सीन, क्यूप्रस ऑक्साइड से तेज़ी से विद्युत आवेश निकालकर उसके टूटने की गति धीमी कर देते हैं, और उसी आवेश का इस्तेमाल कार्बन डाइऑक्साइड को तरल ईंधन में बदलने के लिए करते हैं। एलियाशोवा ने कहा, 'तांबे का आधार रोशनी की ऊर्जा का अधिकतम इस्तेमाल संभव बनाता है, जबकि विद्युत-चालक एमएक्सीन ढांचा यह सुनिश्चित करता है कि सामग्री कई घंटों तक काम करने के बाद भी सक्रिय बनी रहे। '

प्रयोगशाला परीक्षणों में, इस नए फोटोकैथोड ने रिकॉर्ड 2.74% सौर-ऊर्जा-से-एथेनॉल बदलाव दक्षता हासिल की। एक अहम सुधार यह है कि यह सिर्फ़ एक ही तरल उत्पाद, शुद्ध एथेनॉल बनाता है, जबकि अन्य प्रणालियां अक्सर कई उप-उत्पादों का मिश्रण बनाती हैं जिससे औद्योगिक इस्तेमाल जटिल हो जाता है।

एलियाशोवा ने कहा, 'यह हमारे लिए एक बड़ा कदम है। प्रयोगशाला स्तर पर यह प्रणाली बहुत अच्छी तरह काम करती है और घंटों तक एथेनॉल बनाती है। अगले चरण में, हम पूरे फोटोकैथोड की स्थिरता को और मज़बूत करना चाहते हैं और इसे बड़े पैमाने पर व असली दिन की रोशनी में परखना चाहते हैं। '