حقق الباحثون في التخنيون وجامعة بولونيا تحسنا كبيرا في استخدام الطاقة الشمسية لإنتاج الهيدروجين ومنتجات أخرى
لعقود من الزمن، اعتبر الهيدروجين وقود المستقبل، وذلك لأن حرقه لا يؤدي إلا إلى إطلاق الطاقة والمياه ولا يلوث البيئة. اليوم، يتم إنتاج معظم الهيدروجين من الغاز الطبيعي في عملية ملوثة، وإحدى العمليات البديلة لإنتاجه هي التحفيز الضوئي: تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام ضوء الشمس.
في عملية التحفيز الضوئي، يتم امتصاص ضوء الشمس بواسطة جزيئات أشباه الموصلات التي تنتج شحنات موجبة وسالبة استجابة لامتصاص الضوء. تعمل هذه الشحنات الكهربائية على تفكيك الماء إلى هيدروجين وأكسجين؛ الشحنات السالبة تستخرج الهيدروجين من الماء، والشحنات الموجبة تستخرج الأكسجين. يجب أن يحدث هذان التفاعلان، للشحنات الموجبة والسالبة، في وقت واحد. وبدون استخدام الشحنات الموجبة فإنه من المستحيل توجيه الشحنات السالبة لتكوين الهيدروجين. لذلك، على الرغم من أن الأكسجين ليس منتجًا ضروريًا، فقد تم تكريس العديد من الجهود في مجال تطوير تقنيات التحفيز الضوئي لتحقيق التقسيم الكامل للماء إلى هيدروجين وأكسجين، دون نجاح كبير. ولهذا السبب، يظل تقسيم المياه بالكامل يمثل تحديًا كبيرًا. والآن، في مقال نشر في مجلة Nano Energy، تم تقديم حل مبتكر لهذه المشكلة.
البحث المذكور أشرف عليه البروفيسور ليلاش أميراف من كلية شوليش للكيمياء مع زملائها في جامعة بولونيا في إيطاليا. تعتمد العملية التي طورتها مجموعة البحث على جزيئات فريدة طورها البروفيسور أميراف قبل بضع سنوات. تُظهر هذه الجسيمات أعلى كفاءة في استخدام الضوء والشحنات السالبة لإنتاج الهيدروجين. يقدم الفريق الآن نهجًا جديدًا للاستخدام الفعال للشحنات الإيجابية.
وطوّر فريق الباحثين عملية يتم من خلالها، إلى جانب الهيدروجين، كبديل لإنتاج الأكسجين، إنتاج منتجات مفيدة أيضًا، بما في ذلك البنزالديهايد، الذي يستخدم في الصناعات الغذائية والطلاء والبلاستيك ومستحضرات التجميل. تستخدم العملية المبتكرة كلاً من الشحنات السالبة والشحنات الموجبة، وبالتالي تستخدم طاقة الشمس بطريقة أكثر كفاءة وإفادة. يقول البروفيسور أميراف: "يمكنك القول أننا حولنا العملية من التحفيز الضوئي إلى التمثيل الضوئي، أي إلى تحويل حقيقي للطاقة الشمسية إلى وقود". "علاوة على ذلك، فإن كفاءة تحويل الطاقة في العملية تسجل رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا في مجال التحفيز الضوئي القائم على الجسيمات."
ذروة الكفاءة التي تم تحقيقها في الدراسة المذكورة أعلاه هي 4.2% STC - ضعف الرقم القياسي السابق. وهذا الرقم، الذي يمثل كفاءة تحويل الطاقة من الطاقة الشمسية إلى الطاقة الكيميائية، قريب من الهدف الذي حددته وزارة الطاقة الأمريكية باعتباره "عتبة الجدوى العملية" لإنتاج الهيدروجين من خلال التحفيز الضوئي. ويقدر الباحثون أن هذا النجاح يعد علامة فارقة مهمة نحو التوسع في استخدام عمليات التحفيز الضوئي كوسيلة للتنمية الصناعية والحد من التلوث البيئي.
تعليقات 4
لن يزيل الماء من الدورة الطبيعية، بمجرد حرق الهيدروجين، تحصل على الماء مرة أخرى... كله تحول للطاقة
أفترض أن العملية تستخدم الماء المقطر، وربما حتى الماء المقطر بمستوى نقاء خاص.
أتساءل عما إذا كانوا قد حسبوا أيضًا عملية التقطير عند حساب الكفاءة.
وفي دولة مثل إسرائيل التي تستخدم رعاية الأطفال، تعتبر هذه تكلفة إضافية.
ويبدو لي أنه عندما يحترق الهيدروجين فإنه يتحد مع الأكسجين ويتحول إلى ماء بحيث تبقى كمية الماء كما هي.
سوف يزيل الماء إلى الأبد من الدورة الطبيعية، يبدو سيئا...