كتب – باسل يوسف:
أظهر العلماء في اليابان مفاعلًا جديدًا يمكنه إنتاج وقود الهيدروجين المتجدد من ضوء الشمس والماء.
يستخدم المفاعل الجديد الذي تبلغ مساحته (100 متر مربع) صفائح ضوئية لفصل ذرات الأكسجين والهيدروجين الموجودة في جزيئات الماء، وبالتالي سحب الهيدروجين لاستخدامه كوقود.
في حين أن التكنولوجيا لا تزال في مهدها، يقول العلماء إنه حال نجاحهم في تطوير محفزات ضوئية أكثر كفاءة، فإن ذلك قد يمكّن من إنتاج وقود هيدروجين رخيص ومستدام لتلبية احتياجات الطاقة المختلفة. ونشروا نتائجهم في مجلة Frontiers in Science.
وقال كازوناري دومين، أستاذ الكيمياء في جامعة شينشو في اليابان، في بيان: “إن تقسيم الماء باستخدام أشعة الشمس باستخدام المحفزات الضوئية هو تقنية مثالية لتحويل وتخزين الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، والتطورات الأخيرة في المواد والأنظمة المحفزة ضوئيًا تثير الآمال في تحقيقها.. ومع ذلك، لا تزال هناك العديد من التحديات”.
عند تعرضها للضوء، تعمل المحفزات الضوئية على تعزيز التفاعلات الكيميائية التي تكسر جزيئات الماء مكوناتها الأساسية. ومع ذلك، فإن معظم المحفزات الحالية “ذات الخطوة الواحدة” – والتي تحلل الماء إلى هيدروجين وأكسجين في وقت واحد – غير فعالة، ما يترك معظم وقود الهيدروجين لتكريره باستخدام الغاز الطبيعي، وهو وقود أحفوري.
للبحث عن طريقة لتجاوز هذا المأزق، حقق الباحثون في محفز ضوئي يستخدم عملية أكثر تطورًا من خطوتين، حيث تفصل خطوة واحدة الأكسجين والخطوة التالية إزالة الهيدروجين.
ومكّن إنشاء محفز ضوئي لهذه العملية العلماء من بناء نموذج أولي للمفاعل، والذي استمر لمدة 3 سنوات وعمل بشكل أفضل باستخدام ضوء الشمس الحقيقي مقارنة بالضوء فوق البنفسجي المستخدم في المختبر.
وقال المؤلف الأول تاكاشي هيساتومي، وهو باحث في جامعة شينشو، في البيان: “في نظامنا، باستخدام محفز ضوئي يستجيب للأشعة فوق البنفسجية، كانت كفاءة تحويل الطاقة الشمسية أعلى بنحو مرة ونصف تحت ضوء الشمس الطبيعي”.
أضاف “يستخدم ضوء الشمس القياسي المحاكى طيفًا من منطقة خطوط عرض مرتفعة قليلاً. في منطقة حيث يحتوي ضوء الشمس الطبيعي على مكونات ذات طول موجي قصير أكثر من ضوء الشمس المرجعي المحاكى، يمكن أن تكون كفاءة تحويل الطاقة الشمسية أعلى”.
وعلى الرغم من هذه المكاسب الواعدة، لا تزال كفاءة التفاعل منخفضة للغاية للاستخدام التجاري.
وقال هيساتومي: “حاليًا، تبلغ الكفاءة تحت ضوء الشمس القياسي المحاكى 1% في أفضل الأحوال، ولن تصل إلى 5% تحت ضوء الشمس الطبيعي”.
وللحصول على خطوات مهمة لزيادة الكفاءة، دعا العلماء الآخرين إلى إنشاء محفزات ضوئية أفضل ومفاعلات أكبر. كما أن العمل على السلامة سيكون حيويا أيضا: حيث تنتج عملية تكرير وقود الهيدروجين أيضا المنتج الثانوي المتفجر أوكسي هيدروجين، والذي يمكن التخلص منه بأمان في عملية من خطوتين.
وقال دومن: “الجانب الأكثر أهمية الذي يتعين تطويره هو كفاءة تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية بواسطة المحفزات الضوئية. وإذا نجحنا في تحسينها إلى مستوى عملي، سيعمل العديد من الباحثين بجدية على تطوير تكنولوجيا الإنتاج الضخم وعمليات فصل الغاز، فضلا عن بناء محطات على نطاق واسع. وسوف يؤدي هذا أيضا إلى تغيير الطريقة التي يفكر بها الناس، بما في ذلك صناع السياسات، في تحويل الطاقة الشمسية، وتسريع تطوير البنية الأساسية والقوانين واللوائح المتعلقة بالوقود الشمسي”.
اقرأ أيضا:
