يظهر النظام الذي تم تطويره في التخنيون كفاءة غير مسبوقة في إنتاج الهيدروجين من الماء باستخدام الطاقة الشمسية
تتحدث مجلة Nano Letters عن تحول جذري في مجال إنتاج وقود الهيدروجين: كفاءة بنسبة 100% في عملية الإنتاج. حدث الاختراق في مختبر الأستاذ المشارك ليلاخ أميراف من كلية الكيمياء شوليش، وجوهره: قفزة كبيرة من 60% إلى 100% - في إنتاج وقود الهيدروجين عن طريق تحلل الماء باستخدام الطاقة الشمسية.
يعتبر وقود الهيدروجين مصدراً واعداً للطاقة بشكل رئيسي لأنه يتم إنتاجه من الماء المتوفر دائماً، وبالتالي لا ينطوي على المشاكل السياسية والاقتصادية التي يتميز بها سوق الطاقة التقليدية؛ ولأنه، على عكس الوقود المعدني (البنزين وغيره)، فإن استخدامه غير ملوث. ولهذا السبب تستثمر الولايات المتحدة وحدها مليارات الدولارات في برامج مثل مبادرة وقود الهيدروجين، التي تشجع تطوير تقنيات إنتاج الهيدروجين. علاوة على ذلك، فإن عمليات التحفيز الضوئي هذه، التي يتم فيها تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين، لها أيضًا صلة بمجالات أخرى، بما في ذلك تحويل الطاقة وتنقية مياه الصرف الصحي.
ومع ذلك، فإن العديد من القيود تجعل من الصعب تطوير عمليات تحفيز ضوئي فعالة تلبي الشروط الأساسية التالية: الامتصاص الأمثل للإشعاع الشمسي بواسطة المادة الحفزية؛ التحلل الفعال للماء إلى أكسجين وهيدروجين دون التقاءهما (مما قد يؤدي إلى انفجار)، واستقرار النظام بحيث لا يفقد فعاليته مع مرور الوقت.
الآن، كما ذكرنا، تنشر مجلة Nano Letters تقريرًا عن التقدم الذي تم تحقيقه في مختبر البروفيسور المشارك ليلاخ أميراف، عضو هيئة التدريس في كلية شوليتش للكيمياء وعضو في معهد راسل بيري لتكنولوجيا النانو وبرنامج الطاقة الكبير في التخنيون. في حين أن معظم الجهود البحثية في العالم تتم على المسار التجريبي - التجربة والخطأ باستخدام مواد مختلفة واختبار فعاليتها - في مختبر البروفيسور ميشنا أميراف، يتم تطوير المواد الحفزية بناءً على التوصيف الدقيق للمادة في مستوى الجسيمات الفردية. هذه هي الطريقة التي تم بها تطوير المواد الاصطناعية المتقدمة على مر السنين والتي تناسب بشكل مثالي مهمة التحفيز الضوئي. النظام الجديد المعروض في المقال الحالي يثبت أن الجهد قد أتى بثماره؛ هذا النظام، الذي يتمحور حول محفز ضوئي نانومتري يعمل في بيئة أساسية للغاية، يكسر جميع الاتفاقيات السابقة فيما يتعلق بالاستخدام الأقصى وينتج 360,000 مول من الهيدروجين في الساعة لكل مول من المحفز.
تم بناء النظام من مادتين من أشباه الموصلات، مرتبة على شكل جسيم صغير نانومتري (نقطة كمية) من مادة واحدة، مزروعة بشكل غير متماثل داخل المادة الأخرى التي تكون على شكل قضيب نانومتر، وفي نهاية القضيب جسيم بلاتيني. النقطة الكمومية لديها القدرة على جذب وتخزين الشحنات الموجبة. عندما يتم غمر النظام في الماء وتعريضه لأشعة الشمس، يمتص النانورود الفوتونات (الضوء) ويطلق الشحنات. تتراكم الإلكترونات (الشحنة السالبة) في جسيم البلاتين، بينما تتراكم الشحنات الموجبة في النقطة الكمومية. الفصل المادي بين هذه الشحنات هو مفتاح نجاح النظام. والإلكترونات مسؤولة عن الأكسدة والاختزال، وهو التفاعل الذي ينتج الهيدروجين من الماء. عندما ينكسر جزيء الماء، يتحرر أيون هيدروجين موجب الشحنة. عندما يتفاعل اثنان من هذه الأيونات مع إلكترونين، فوق البلاتين، فإنهما يجتمعان معًا لتكوين جزيء الهيدروجين. وكفاءة النتيجة كما ذكرنا هي كفاءة 100% في هذه العملية، مما يعني أن كل فوتونين يخلقان جزيء هيدروجين، دون خسائر، وهو الهدف الذي كان يعتبر مستحيل التحقيق حتى الآن.
تعليقات 10
ربما يكون التحويل النظري 100% لكن الإنتاج أقل. في الفيزياء العملية لا يوجد 100%. ولكن إذا أدى هذا الاكتشاف إلى مثل هذه النتائج العالية، حتى مع المعادن الثمينة، فهو أمر جدير بالاهتمام من الناحية الاقتصادية. استخدام التركيز يقلل من مساحة الاستقبال ويقلل التكاليف.
التقييم، كما يتبين من الشرح، هو أنه ليس من الممكن إنتاج مساحات كبيرة لامتصاص الضوء وبالتالي يجب استخدام تقنيات إضافية لتنفيذ الاختراع.
إذا كانت أجهزة الاستقبال من البلاتين، فلن تكون رخيصة أبدًا بغض النظر عن مرور الوقت. وعلى العكس من ذلك فإن الطلب على المعدن النادر سوف يرتفع وكذلك سعره.
أجهزة الاستقبال التي توفر كفاءة بنسبة 100% ستتوفر لها التكنولوجيا في نهاية المطاف بسعر منخفض. أقطاب النانو في نمو أشباه الموصلات، وهذه هي تكنولوجيا باهظة الثمن. أشباه الموصلات من الغاليوم الزرنيخ بدلاً من السيليكون الباهظ الثمن.
السيارة الكهربائية ستعمل بالهيدروجين نعم. العيب الرئيسي هو أن الهيدروجين غاز يشغل حجمًا كبيرًا مقارنة بالوقود. لا أرى ضاغطًا صغيرًا يضغط الغاز على مستوى السيارة.
لذلك، ربما لا تكون هذه تقنية محلية، بل تقنية صناعية. مزارع الطاقة الشمسية.
أنا أتحدث عن تكلفة الشراء حتى لو لمرة واحدة. وستكون هناك حاجة إلى عدد كبير جدًا من المجمعات لتوفير الكهرباء لمدينة ما على سبيل المثال. إذا كان السعر مرتفعًا جدًا، فسوف يفضلون استخدام تقنية أقل كفاءة. مما يعني أنه لن يكون هناك أي فائدة تقريبًا في الاختراع.
لا تنسوا تكلفة المياه المحلاة!
مياه البحر متوفرة دائما!
أنا مهتم فقط بتكلفة التكنولوجيا، وعادةً ما تكون هناك مشكلات تتعلق بتكلفة المواد التي تحتوي على البلاتين. بالطبع يعتمد ذلك على كمية البلاتين المطلوبة. على أية حال، وفقًا لما سمعته، فإن البلاتين هو أحد الأسباب التي تجعل خلايا الوقود الهيدروجيني لا تزال باهظة الثمن.
من المؤسف حقًا أن يتم العثور على المواد الأكثر حاجة بكميات صغيرة جدًا في الطبيعة
ومن المثير للاهتمام أن نتمكن من تحويل السيارة التقليدية إلى الهيدروجين (كما سنفعل مع غاز دوماس).
(وبغض النظر عن ذلك، أتساءل عما إذا كانوا سيسمحون للسيارات التقليدية بأن تصبح ذاتية القيادة)
((وغير ذي صلة حقًا: أتساءل عما إذا كنا سنتمكن من إزعاج [أو إهانة] سيارتنا ذاتية القيادة {والتي سيتم تشغيلها بالهيدروجين}))
في I-CORE لا يوجد شباب فقط. وهناك أيضا الشباب.
في الآونة الأخيرة، شهد التخنيون أساتذة أطفال، تزيد أعمارهم عن 30 عامًا، يقدمون عددًا من المقالات التي تتحدى الأساتذة الذين يتمتعون بخبرة 30 عامًا في التخنيون. وهذه علامة مشجعة. ليس بسبب الكبار، فالإنسان المنتج من حقه أن يبدع ولو انخفض معدل مقالاته، والأحكم بينهم لديه مجموعات بحثية. لكن لا يوجد أي حجب بسبب عدد المعايير الخاصة بالباحثين الشباب.
على سبيل المثال، البروفيسور يواش ليبرون من الكهرباء، والبروفيسور ناثانيال ليندر والقائمة ليست قصيرة.
هناك برنامج منظم يسمى "I-core Israel Excellence". استيقظ أحد العاملين في وزارة العلوم قبل بضع سنوات وقاس معدل تقدم إسرائيل مقارنة بالدول المحيطة والعالم ورأى صورة مثيرة للقلق.
ونتيجة لذلك، تم افتتاح مراكز التميز التي تبحث عن طلاب الدكتوراه الموهوبين وتمنحهم ما سيحصلون عليه في الخارج، وهي درجة الأستاذية على أساس عدد المقالات التي ينشرونها وليس في سن الستين كما كان في الماضي. وإجراء البحوث في سن مبكرة. وكذلك الأمر بالنسبة لأكاديمية الشباب للعلوم، وهو مشروع مبارك، فليس كل ما يتم في وزارة العلوم يستحق الإدانة، وعندما يكون هناك مجال للنقد الإيجابي فأنا أعطيه. وبالمناسبة فإن وزير العلوم أكونيس، في أمور العلم يحسن صورته نحو الجدية.