با سومین برگزیده جایزه مصطفی (ص) آشنا شوید؛
نوآوری دانشمند هندی برای عدالت انرژی تامین برق ارزان در مناطق محروم
به گزارش لیمو بلاگ، محمد خواجه نذیرالدین دانشمند هندی و برگزیده جایزه مصطفی ۲۰۲۵ با توسعه نسل جدیدی از سلول های خورشیدی پروسکایت، افقی تازه در راه دستیابی به انرژی پاک، ارزان و در دسترس گشود.
به گزارش لیمو بلاگ به نقل از مهر، در امتداد تجلیل از دانشمندان برجسته و زمینه سازی همکاری و توسعه علمی در جهان، جایزه مصطفی (ص) بعنوان یکی از نمادهای شایستگی و برتری علمی در سطح جهان شکل گرفت. این جایزه به اثری نوآورانه در مرزهای دانش تعلق می گیرد که توسط افرادی شاخص در عرصه های علم و فناوری عرضه شده و زمینه ساز بهبود زندگی بشریت باشد.
در سال ۲۰۲۵، سه پژوهشگر برجسته از سه کشور مختلف در ششمین دوره جایزه مصطفی عرضه شدند که یکی از آن مهمت تونر، متولد ۱۹۵۸ در استانبول ترکیه است و توانست با توسعه فناوری میکروفیلویدیک در جداسازی سلول های تومور برای تشخیص فوری بیماریها در فهرست برگزیدگان قرار بگیرد. نفر دوم وهاب میررکنی پژوهشگر ایرانی است. میررکنی متولد ۱۹۷۹ بوده و با فعالیتهای برجسته در حوزه الگوریتم های هوش مصنوعی برگزیده ششمین دوره جایزه مصطفی شده است. سومین نفر هم محمد خواجه نذیرالدین، متولد ۱۹۵۷ در هند است که با فناوری سلول های خورشیدی حساس به رنگ و پروسکایت که نقشی مهم در توسعه انرژی پاک دارد، در فهرست برگزیدگان این دوره قرار گرفته است.
زندگینامه محمد خواجه نذیرالدین
پژوهشگر هندوستانی برگزیده جایزه مصطفی
محمد خواجه نذیرالدین در سال ۱۹۵۷ در هند به دنیا آمد و کودکیش را در تومبور گذراند. تنها پنج سال داشت که پدرش را از دست داد و خانواده اش با سختی های تازه ای روبه رو شدند. در آن زمان، برادرش مسئولیت حمایت او را عهده دار شد و علاوه بر آن محبت و تشویق معلمش او را در راه تحصیل، دلگرم نگاه می داشت. آغاز مسیر علمی نذیرالدین در دانشگاه عثمانیه حیدرآباد رقم خورد، جایی که برای دوره کارشناسی، ترکیب شیمی و زیست شناسی را برگزید. باآنکه تحصیل در رشته های علوم پایه به معنای درک پای های جهان هستی بود، برای او بیشتر شروع سفری شد که بعدها به خط مقدم فناوری های انرژی پاک و سلول های خورشیدی ختم گردید. بعد از فارغ التحصیلی، نذیرالدین در آزمون ورودی مقاطع بالاتر شرکت کرد و در بین داوطلبان زیاد، توانست رتبه قبولی در دو رشته ژنتیک و شیمی را به دست آورد.
به ژنتیک علاقه داشت اما....
هرچند به ژنتیک علاقه داشت اما در آن زمان این رشته در هند چندان مورد توجه نبود؛ به این علت شیمی را ادامه داد. با تکمیل کارشناسی در سال ۱۹۷۸ و کارشناسی ارشد در ۱۹۸۰، تمرکز او به سوی شیمی معدنی معطوف شد؛ شاخه ای که به مطالعه خصوصیت ها و واکنش های تمامی عناور و ترکیبات غیر هیدروکربنی می پردازد. در سال ۱۹۸۶، او با راهنمایی های استادش دکتر تقی خان، دوره دکتری خودرا در همان دانشگاه عثمانیه به پایان رساند؛ نقطه عطفی که او را رسما وارد دنیای پژوهش و پژوهش کرد. همزمان در همان سال ها، نذیرالدین بعنوان همکار پژوهشی در مؤسسه تحقیقاتی مرکزی نمک و مواد شیمیایی دریایی بهاونگر هم فعالیت می کرد و گام اول های حرفه ای خودرا در حوزه تحقیقات کاربردی برداشت.
نذیرالدین در سال ۱۹۸۵، مدرس دانشکده مهندسی و فناوری دکن در دانشگاه عثمانیه شد. او درهمان حوالی خیلی زود دریافت که ماندن در همان موقعیت، نمی تواند پاسخگوی عطشش برای پیشرفت باشد. تشویق های دکتر تقیخان، این پژوهشگر را به سوی اقدام برای بورسیه تحصیلی سوق داد. دغدغه اصلی نذیرالدین یافتن راه هایی برای تولید آمونیاک با هزینه و دمای کمتر بود؛ موضوعی که برای کشاورزی در هند اهمیت فراوان داشت. با همین ایده در مصاحبه ای در دهلی شرکت کرد و بعد از دریافت بورسیه، درخواست های خودرا به دانشگاه های مختلف جهان ارسال کرد. سه استاد برجسته، Bill Gibson از دانشگاه Imperial لندن، Cotton از دانشگاه تگزاس در آمریکا و Michael Gratzel از EPFL سوئیس، خواهان همکاری با او شدند. درنهایت، نذیرالدین راه Gratzel را انتخاب نمود چونکه باور داشت جوان تر بودن او به معنای جسارت بیشتر در ایده پردازی و زمینه ای بهتر برای رشد خواهد بود. بدین سان این پژوهشگر برای دوره پسادکتری به EPFL رفت. در گروه Michael Gratzel دو مبحث انرژی های تجدیدپذیر و کاتالیز وجود داشت و همین سبب تغییر هدف نذیرالدین به سوی انرژی های تجدیدپذیر شد.
او کار خودرا در ابتدا در نقش پژوهشگر پسادکتری شروع کرد و طی سالیان بعد، در سمت های دیگر به فعالیت ادامه داد. وی در سال ۲۰۰۹ به مدت ۵ سال استاد تمام دانشکده شیمی مواد پیشرفته در دانشگاه کره بود و از ۲۰۱۲ تا ۲۰۲۲ در جایگاه استاد تمام گروه مهندسی مولکولی مواد کاربردی در دانشگاه EPFL قرار داشت. این سال ها، زمینه ساز تمرکز او بر فناوری شدند که امروزه محور اصلی کارش را تشکیل می دهد: سلول های خورشیدی پروسکایت. تمرکز او بر پروسکایت بعنوان ماده ای نوظهور در سلول های خورشیدی، بخشی از تغییر نگاه جهانی به انرژی خورشیدی را رقم زده است. این ماده کریستالی از ابتدای قرن بیستم شناخته شده بود و در سالیان اخیر توجه ویژه ای به سبب خواص استثنایی اش در تبدیل انرژی خورشیدی جلب کرده است. سلول های خورشیدی پروسکایت نسل جدیدی از فناوری های انرژی پاک به شمار می روند که بازدهی بالا، هزینه تولید پایین و سهولت ساخت را بهمراه دارند. تمرکز محمد نذیرالدین بر این فناوری، بخش مهمی از تلاش ها برای توسعه منابع انرژی تجدیدپذیر است.
پژوهش های نذیرالدین بالاتر از ۱۹۴ هزار بار مورد استناد قرار گرفته است
محمد نذیرالدین تا حالا بالاتر از ۹۸۰ مقاله داوری شده در نشریات معتبر منتشر نموده و ۱۰ فصل کتاب و ۱۰۳ ثبت اختراع به نام خود دارد. سه پتنت اصلی او شامل رنگ های N۳ و N۷۹۰، روش دو مرحله ای رسوب دهی برای ساخت سلول های خورشیدی پروسکایت و استفاده از پوشش مخصوص برای ممانعت از نشت سرب در این سلول ها بوده است؛ نوآوری هایی که سهم مهمی در پیشبرد فناوری های خورشیدی داشته اند. پژوهش های وی بالاتر از ۱۹۴ هزار بار مورد استناد قرار گرفته و شاخص h او به ۱۹۷ رسیده است؛ معیاری که جایگاه او را در بین پراستنادترین دانشمندان جهان قرار می دهد. نذیرالدین از سال ۲۰۱۴ تا ۲۰۲۴ همیشه در لیست محققان پراستناد ISI قرار داشته و بالاتر از ۴۵۰ بار برای سخنرانی درکنفرانس های بین¬المللی دعوت شده است.
همکاری های وی تنها به دنیای دانشگاهی محدود نمانده، بلکه با شرکت های بزرگ صنعتی مانند Panasonic، NEC، TOYOTA-AISIN، TOYOTA-Europe Motors، Solaronix و ABENGOA هم مشارکت داشته و بخشی از تحقیقاتش با حمایت آنها تأمین مالی شده است. اهمیت کارهای او سبب شد تا در سال ۲۰۱۵، تامسون رویترز نام او را در بین ۱۹ ذهن علمی اثرگذار جهان قرار دهد. افزون بر این، نذیرالدین عضو انجمن شیمی اروپا، آکادمی علوم اروپا، انجمن سلطنتی شیمی بریتانیا و آکادمی علوم تلنگانا است؛ جایگاه هایی که نشان دهنده گستره تعاملات علمی وی در سطح بین المللی هستند. وی همینطور تجربه عضویت در هیأت داوران و تحریریه چندین مجله معتبر علمی را دارد. این مسئولیت ها، جایگاه مهم او را در نقد، بررسی و هدایت روندهای پژوهشی در عرصه های تخصصی اش بالاتر از پیش برجسته می کنند.
دریافت جوایز مختلف از ژاپن، برزیل و سوئیس
محمد نذیرالدین در طول زندگی حرفه ای خود، مجموعه ای از افتخارات علمی را به دست آورده است. او تابحال دست کم ۲۰ جایزه ملی و بین المللی که هر یک تأییدی بر سهم وی در توسعه دانش انرژی های تجدیدپذیر، ساخت کمپلکس های فلزی و خصوصاً سلول های خورشیدی پروسکایت به شمار می روند را ازآن خود کرده است. او این افتخارات را نتیجه تلاش هایش در حوزه مهندسی ترکیب پروسکایت ها، اصلاح فصل مشترکت ها و بهبود لایه های انتقال بار می داند؛ نوآوری هایی که منجر به ثبت بالاترین راندمان ها در این فناوری شدند و نگاه تازه ای به آینده انرژی پاک بخشیدند. از میان این افتخارات، برخی جوایز جایگاه ویژه ای دارند. همچون مهم ترین جوایز نذیرالدین در سال ۲۰۲۱، جایزه بین المللی خوارزمی در عرصه علوم بنیادی بود. این پژوهشگر، بورسیه ها و جوایز مختلفی در کشورهای مختلف، همچون هند، ژاپن، برزیل و سوئیس هم دریافت کرده است. هر یک از این تقدیرها، تصویری از تاثیر بر حوزه ای هستند که امروزه یکی از حیاتی ترین چالش های بشر یعنی توسعه انرژی پایدار برای آینده ای سبزتر را نشانه گرفته است.
مسیر محمد نذیرالدین، مجموعه ای از انتخاب ها و تجربه ها را در خود جای داده است. وی در مقاطع مختلف زندگی میان رشته ها و استادان مختلف دست به انتخاب زد و هر بار همین انتخاب ها مسیر تازه ای را برایش گشودند. از همان دوران دانشگاه عثمانیه و تردید میان ژنتیک و شیمی، تا تصمیم برای رفتن به سوئیس و کار در کنار Michael Gratzel و سپس تمرکز بر انرژی های تجدیدپذیر و سلول های خورشیدی پروسکایت، هر مرحله گره تازه در رشته ای بود که به کارنامه اش شکل داد. ورای اعداد و افتخارات، زندگی او نمونه ای از پیوند میان علم و کاربردهای روزمره است. سرگذشت او نشان میدهد که پژوهش، بالاتر از آن که به یک نقطه پایان برسد، سفری مداوم است؛ سفری که بازهم ادامه دارد و بخش های تازه ای برای نوشتن پیش روی او خواهد گذاشت.
آشنایی با اثر محمد نذیرالدین برگزیده جایزه ۲۰۲۵ مصطفی (ص)
همه ما بارها در وضعیت قطعی برق قرار گرفته ایم؛ لحظاتی که دستگاه های سرمایشی از کار می افتند، چراغ ها خاموش می شوند و سکوت و تاریکی را با خود می آورند. شرایطی که ما را حتی از ساده ترین نیازهای روزانه محروم می کند. این تجربه های تکرارشونده که در ایام اخیر به امری رایج بدل شده اند، وابستگی عمیق ما به برق و اهمیت دستیابی به انرژی را یادآور می شوند. این وابستگی، در حالی ادامه دارد که بخش عمده ای از انرژی برق هنوز از راه سوزاندن سوخت های فسیلی تأمین می شود؛ منابعی که نه تنها محدود و رو به پایان اند، بلکه با تولید گازهای گلخانه ای، آلودگی هوا و تشدید بحران اقلیمی، صدمه های گسترده ای به محیط زیست وارد کرده اند. بحران هایی که سلامت انسان و آینده سیاره را تهدید می کنند. در جواب این مشکلات، انرژی های تجدیدپذیر و خصوصاً انرژی خورشیدی بعنوان جایگزینی پایدار و پاک مطرح شده اند.
انرژی خورشیدی یکی از پاک ترین و در دسترس ترین گزینه های جایگزین است که سال ها مورد توجه قرار گرفته است اما فناوری های رایج دسترسی به آن، با مسائلی نظیر هزینه بالا، پیچیدگی تولید و بهره وری محدود روبه رو بوده اند. در چنین شرایطی، سلول های خورشیدی پروسکایتی بعنوان نسل جدیدی از فناوری خورشیدی، امیدهای تازه ای را زنده کرده اند. این سلول ها که از هزینه ای کمتر و بازدهی بالاتر برخوردار می باشند، توانسته اند محدودیت های فناوری های پیشین را به چالش بکشند و نگاه ها را به طرف خود جلب کنند. پیرو این زمینه، پژوهشگرهایی همچون محمد نذیرالدین، در توسعه این فناوری نوظهور نقش داشتند و نویدبخش دستیابی به انرژی پاک، پایدار و در دسترس برای همگان هستند.
سلول های خورشیدی سیلیکونی چطور انرژی خورشید را به برق تبدیل می کنند؟
وقتی درباره ی پنل های خورشیدی حرف می زنیم، در حقیقت صحبت از واحدهای کوچکی به نام سلول خورشیدی است؛ سلول هایی که کنار هم چیده شده اند تا انرژی نور خورشید را بگیرند و به برق تبدیل کنند. در نسل اول این فناوری، این سلول ها از ماده ای به نام سیلیکون ساخته می شدند. در این ساختار، یک سلول خورشیدی از دو نوع سیلیکون با خواص متفاوت تشکیل شده است. نوع اول یا همان n-type، با ناخالصی فسفر دارای الکترون اضافی می شود و اضافه شدن عناصری مثل بور به نوع دوم یا همان p-type، سبب کمبود الکترون در آن می شود. در سیلیکون نوع p به سبب کمبود الکترون، جایگاه هایی خالی با عنوان حفره ایجاد می شوند که خواهان پرشدن هستند؛ بنابراین زمانی که این دو نوع کنار هم قرار گیرند، در ناحیه مرز بینشان، الکترون ها از سمت n به p حرکت می کنند و حفره ها را پر می کنند. وقتی این انتقال الکترون ها کامل شد، در اثر اختلاف بار بوجود آمده بین دو نوع سیلیکون، ناحیه ای خاص به نام ناحیه تخلیه شکل می گیرد. این ناحیه تحت تاثیر میدان الکتریکی داخلی ایجاد شده، مانع عبور آزادانه بیشتر الکترون ها می شود. در این زمان است که دیگر امکان عبور الکترون از این مسیر کوتاه میان n-type و p-type وجود ندارد. این میدان مانند یک نگهبان و مانع عمل می کند چونکه از ترکیب مجدد الکترون ها و حفره ها جلوگیری می کند و در حقیقت یک مسیر جدید برای جریان یافتن الکترون ها ایجاد خواهد شد. از حالا به بعد اگر انرژی ذرات نور سبب جدا شدن یک الکترون از مولکول سیلیکون شود، کمک می نماید تا الکترون و حفره به سوی مسیرهای مخالف بروند و جریان برق شکل بگیرد. الکترون های آزادشده، به سوی مدار بیرونی حرکت می کنند و بعد از طی مسیر، باردیگر به داخل سلول برمی گردند و با حفره ها ترکیب می شوند. این رفت وآمد مداوم، همان جریان الکتریکی است که از نور خورشید به دست می آید.
قهرمانی به نام پروسکایت
سلول های سیلیکونی برای سال ها پایه و اساس پنل های خورشیدی بودند؛ اما با وجود موفقیت های فراوان، هنوز با محدودیت هایی همچون بازده پایین، هزینه های بالا، پیچیدگی پروسه ساخت و استفاده از موادی کمیاب در طبیعت مواجهند. این محدودیت ها راه را برای ورود فناوری های نوین باز کردند و نسل جدیدی از سلول های خورشیدی با نام سلول های پروسکایتی وارد صحنه شدند. کلمه پروسکایت اصولا به نوع خاصی از ساختار بلوری با فرمول کلی ABX₃ اشاره دارد. ساختاری که در آن، A اغلب یک کاتیون آلی مثل متیل آمونیوم، B یک فلز مثل سرب و X یک هالوژن مانند ید است. گرچه عملکرد پایه این سلول ها مشابه نوع سیلیکونی است، مواد تشکیل دهنده آنها به سبب ساختار بلوری منظم و انعطاف پذیری شیمیایی، قادرند نور را به خوبی جذب کرده و بارهای الکتریکی را به شکل مؤثری منتقل کنند.
راهکار نذیرالدین ممانعت از نشت سرب در سلول های خورشیدی پروسکایت
در ادامه تلاش ها برای بهینه سازی فرایندهای ساخت، نذیرالدین روی بهبود روش های ساخت سلول های پروسکایتی تمرکز کرده است. یکی از چالش های ساخت این سلول ها، ایجاد لایه ای همگن و با کیفیت از ماده جذب کننده نور بود؛ مشکلی که در روش های اولیه ای مانند رسوب دهی یک مرحله ای به سبب رشد نامنظم بلورها، نمود پیدا می کرد. محمد نذیرالدین و همکارانش با معرفی روشی نوین به نام رسوب دهی مرحله ای، در راه بهبود این زمینه حرکت کردند. فرایندی دو مرحله ای که در آن ابتدا یک لایه از یدید سرب ایجاد می شود و سپس با قرارگیری در معرض محلول هالید آلی به پروسکایت تبدیل می شود. در این شیوه، امکان کنترل بهتر بر رشد بلورها، افزایش یکنواختی و بهبود کارآیی نهائی سلول برقرار شد. سلول هایی که با این شیوه ساخته شدند، حتی بعد از ۵۰۰ ساعت عملکرد خودرا تا ۸۰٪ حفظ کردند. با اینحال پیشرفت در عملکرد تنها بخشی از ماجراست.
حفظ محیط زیست هم به دغدغه ای مهم در راه توسعه سلول های پروسکایتی تبدیل گشته است. یکی از چالش برانگیزترین موضوعات، استفاده از عنصر سرب در ساختار این سلول هاست؛ فلزی سنگین و سمی که با وجود نقش کلیدی در افزایش بازده، نگرانی هایی جدی درباره ی ایمنی زیست محیطی بهمراه دارد. برای پاسخ به این چالش، محققان استفاده از ساختارهای کم سرب یا بدون سرب را هم بررسی نموده اند و در بعضی موارد استفاده از قلع بجای سرب پیشنهاد شده است. هرچند این گزینه های جایگزین هنوز از نظر بازدهی به اندازه ترکیبات سرب دار قدرتمند نیستند اما گامی مهم در پیوند عملکرد بالا و مسئولیت پذیری زیست محیطی محسوب می شوند. گروه نذیرالدین در نهایت توانستند با استفاده از یک پوشش مخصوص از نشت سرب در این سلول ها جلوگیری نمایند.
امکان تولید برق ارزان و قابل اطمینان در مناطق محروم با پروسکایت
به طور کلی، سلول های خورشیدی پروسکایتی یک نوآوری اجتماعی هستند که امکان تأمین برق ارزان و قابل اطمینان در مناطق محروم، کاهش وابستگی جهانی به سوخت های فسیلی و پیشرفت عدالت انرژی را فراهم می کنند.
این دستاوردها با ۱۲ سال قدمت، امکان توسعه این نسل جدید از سلول های خورشیدی با قابلیت های کاربردی و تجاری را فراهم نموده و مسیر تحقق سامانه های انرژی پایدار و در دسترس را هموار ساخته اند. همان گونه که نذیرالدین می گوید: مسیر زیادی را پیموده ایم. از بازدهی کم تر از ۱۰ درصد به بازدهی ۲۶ درصد رسیده ایم که این رقم بطور رسمی تأیید و در مقالات انتشار یافته است. این پیشرفت بسیار بزرگی است. از نظر پایداری هم پیشرفت قابل توجهی داشته ایم و حالا میتوان اظهار داشت که این سلول ها پایدار هستند و برای ورود به بازار آماده اند. با اینحال چند سال دیگر طول خواهد کشید تا به کاربرد وسیع برسند. وقتی این اتفاق بیفتد، اغلب کشورهای درحال توسعه و توسعه نیافته می توانند به سادگی آنرا بپذیرند، چون از نظر فناوری یک محصول کم تکنولوژی بحساب می آید.
بطور خلاصه، وی در سال ۲۰۰۹ به مدت ۵ سال استاد تمام دانشکده شیمی مواد پیشرفته در دانشگاه کره بود و از ۲۰۱۲ تا ۲۰۲۲ در جایگاه استاد تمام گروه مهندسی مولکولی مواد کاربردی در دانشگاه EPFL قرار داشت. برای پاسخ به این چالش، پژوهشگران استفاده از ساختارهای کم سرب یا بدون سرب را هم بررسی کرده اند و در بعضی موارد استفاده از قلع بجای سرب پیشنهاد شده است. از بازدهی کم تر از ۱۰ درصد به بازدهی ۲۶ درصد رسیده ایم که این رقم به طور رسمی تأیید و در مقالات انتشار یافته است.
این مطلب لیمو بلاگ را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط در لیموبلاگ
نظرات بینندگان لیموبلاگ در مورد این مطلب