يعزز هذا الاكتشاف الجهود المبذولة لتطوير طرق جديدة لإنتاج وقود الهيدروجين من الماء. تغير نتائج البحث التصور السائد وتحدد طريقة جديدة يمكن من خلالها هندسة عملية تقسيم المياه بطريقة فعالة واقتصادية.
تقدم دراسة جديدة نشرت في مجلة Nature Communications المرموقة طفرة في دراسة آلية عمل الأقطاب الكهربائية الضوئية لتقسيم الماء من أجل إنتاج الهيدروجين. قام فريق من الباحثين بقيادة الدكتور إريك يوخليس والدكتور إيريس فيسولي فيشر من جامعة بن غوريون في النقب والبروفيسور أفنير روتشيلد من التخنيون، بفك لأول مرة الآلية الكيميائية التي تحدث أثناء الانقسام الكهروضوئي الكيميائي لبيروكسيد الهيدروجين (H2O2) على سطح الأقطاب الكهربائية الضوئية لأكسيد الحديد.
بذلت شركات السيارات الكثير من الجهد في تطوير المركبات التي تعمل بوقود الهيدروجين، والذي يعتبر فعالاً وصديقًا للبيئة، وعلى عكس السيارة الكهربائية، يتيح التزود بالوقود بسرعة ونطاق قيادة طويل. ومن أجل إنتاج الهيدروجين بطريقة نظيفة لا تنبعث منها غازات دفيئة، لا بد من تقسيم جزيئات الماء (H2O) إلى العناصر التي تتكون منها: ذرتان هيدروجين (H2) وذرة أكسجين واحدة (O). إلا أن هذه العملية تنطوي على استخدام المعادن الثمينة لتسريع التفاعل الكيميائي واستثمار الكثير من الطاقة الكهربائية، لذا فهي ليست مربحة اقتصاديا وطاقيا.
هناك طريقة بديلة لإنتاج الهيدروجين من الماء تستخدم طاقة ضوء الشمس كبديل للطاقة الكهربائية، عندما يتم تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين في خلية شمسية كهروكيميائية ضوئية. يوجد في قلب الخلية قطب كهربائي ضوئي يمتص إشعاع الشمس ويحوله إلى طاقة كيميائية، وهو ما يعادل قيمة الهيدروجين الذي يتم إنتاجه في هذه العملية. ولتحقيق هذه الغاية، من الضروري تطوير مواد خاصة شبه موصلة ذات مقاومة عالية في الظروف البيئية المسببة للتآكل، وهي الظروف التي تتسبب في تحلل معظم المواد من تلقاء نفسها. ومن المفارقات أن أحد المواد الواعدة لهذا الاستخدام هو مركب أكسيد الحديد الذي يعد مكونًا رئيسيًا للصدأ. تجمع هذه المادة بين عدد من الخصائص التي تشير إلى إمكانية استخدامها كقطب ضوئي لفصل الماء، لكن الطريق إلى تطوير تقنية لإنتاج الهيدروجين تجاريًا باستخدام هذه الطريقة لا يزال بعيدًا ويتطلب أسئلة علمية وهندسية أساسية. التحديات.
منظور جديد للتفاعلات الكهروكيميائية الضوئية
بدأ البحث بتجارب أجراها الباحث الدكتور تشين دوتان من كلية علوم وهندسة المواد في التخنيون في مختبر البروفيسور أفنير روتشيلد، وتم الحصول على نتائج مفاجئة تناقض الاعتقاد السائد حول آلية عمل الأقطاب الكهربائية الضوئية. وبعد مزيد من الفحص للنتائج في مختبر البروفيسور روتشيلد والدكتورة إيريس ويسولي فيشر من معهد بلوستين لأبحاث الصحراء في الجامعة، وتطوير نموذج نظري من قبل الدكتور إريك يوتشيليس وطالب ما بعد الدكتوراه الدكتور يوتام أفيتال ووجد فريق الباحثين معًا أن هناك حاجة لعدد من مواقع التفاعل التي تتواصل مع بعضها البعض في تفاعل متبادل يؤدي إلى تحلل جزيئات بيروكسيد الهيدروجين في الماء. تغير نتائج البحث التصور السائد وتحدد طريقة جديدة يمكن من خلالها هندسة عملية تقسيم المياه بطريقة فعالة واقتصادية.
"وراء الإنجاز العلمي، أظهرنا أن آلية التفاعل تنتمي إلى عائلة مهمة من التفاعلات الكيميائية التي منحت جائزة نوبل في الكيمياء عنها للبروفيسور جيرهارد إرتل قبل حوالي عقد من الزمن"، يوضح قائد البحث الدكتور إريك يوغليس من جامعة هارفارد. معهد بلوستين لأبحاث الصحراء وقسم الفيزياء في جامعة بن غوريون "هذا الاكتشاف يفتح منظورا جديدا للتفاعلات الكهروكيميائية الضوئية".
تم إجراء البحث بدعم من المنح البحثية المقدمة من وزارة البنية التحتية الوطنية والطاقة والمياه ووزارة العلوم.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 5
المستقبل يكمن في طاقة أمواج البحر.
قوتها أقوى 800 مرة من الهواء.
يتم دفن محطات الرياح.
إن صيانة الألواح الشمسية باهظة الثمن ولها عمر محدود.
بطاريات اليتيم والكوبالت تلوث قبل الإنتاج وبعد الاستخدام !!!
الطاقة الموجية مع كل المشاكل، لا تلوث وتقليد البحث عن الوحدات المعيارية التي يمكن صيانتها على ميبادوك
الأبحاث في إسرائيل ترفع كفاءة إنتاج الهيدروجين إلى 98%.
سيارة كهربائية ذات بطاريات تقليدية يتم شحنها بواسطة محرك هيدروجيني صغير بقدرة 10 كيلووات ويزن عدة عشرات من الكيلوجرامات.
سيكون المحرك بقوة 40 كيلووات الموجود على اليمين كافيًا لمركبة ثقيلة.
لن يكون الأمر ببعيد اليوم وسيكون في كل محطة وقود منشأة لإنتاج الهيدروجين من الكهرباء المنتجة من البحر!!!!!!!!
ايتسيك.
يؤسفني أن أخيب ظنك، فمن الواضح أن ما تصفه غير ممكن.
إن كمية الطاقة الشمسية التي تتلقاها محطة الوقود لن تكون كافية لتزويد كمية المركبات التي تمر عبر محطة الوقود بالوقود.
وهذا حتى لو تمكنوا من تحويل 100 من طاقة الشمس إلى تحلل الماء (وإذا تجاهلنا أيضًا الطاقة اللازمة لضغط الهيدروجين)
عندما تقرأ كثيرًا عن التطورات التكنولوجية، ينتابك أحيانًا شعور بأنه لا نهاية للتطور التكنولوجي المحتمل. لكن الحقيقة مؤلمة، هناك حدود جسدية لا يمكن تجاوزها.
الطاقة هي واحدة من تلك النقاط.
ستظل الطاقة إلى الأبد موردًا محدودًا وهو أمر مؤسف دائمًا.
(حتى الاندماج المتحكم فيه، والذي كان ذات يوم حلمًا بمصدر لا نهاية له للطاقة مجانًا. ومن الواضح اليوم أنه حتى لو أصبح ممكنًا، فلن يكون إلا في منشآت ضخمة مكلفة للغاية في بنائها وتشغيلها، وقد فازوا بالتأكيد لا تولد الكهرباء مجانا)
يبدو لي أنها طريقة رائعة لتوليد الطاقة الشمسية وتخزينها خلال ساعات النهار، واستخدامها بكفاءة في نفس الموقع خلال ساعات الاستهلاك. وبهذه الطريقة لن تضطر إلى تدفق الطاقة إلى الشبكة أثناء الإنتاج ومن ثم الدفع لشركة الكهرباء مقابل الاستهلاك في أوقات أخرى. ليس عليك أيضًا التعامل مع عمليات نقل الهيدروجين الباهظة الثمن والمعقدة إلى أماكن أخرى.
أنا شخصياً أعتقد أنه لن تكون هناك حاجة لمركبة الهيدروجين في النهاية.
يبدو لي أن البطاريات الكهربائية ستتحسن في السنوات القادمة بما يكفي لإلغاء الحاجة إلى الهيدروجين، وهو حل أكثر تعقيدا ويثير أسئلة صعبة تتعلق بالسلامة (حتى لو كانت قابلة للحل).
يتعين على البطاريات أيضًا التغلب على بعض التحديات لتحل محل الوقود الملوث تمامًا.
كثافة الطاقة وسرعة الشحن بشكل أساسي دون المساس بالسلامة. (بالإضافة إلى ذلك، هناك تحديات أخرى مثل تحسين العمر الافتراضي وخفض السعر وتقليل البصمة البيئية في الإنتاج وفي نهاية عمر البطارية)
لكن مع كل التحديات، يبدو لي أنه سيتم حلها قبل مشاكل خلايا الوقود الهيدروجينية. تتمتع البطاريات أيضًا بمزايا أخرى مثل إمكانية إعادة شحنها في موقف السيارات بالمنزل.
وأن هذه تقنية موجودة بالفعل في السيارات ذات الإنتاج الضخم (وهو أمر بعيد جدًا عن التمويل)
تعاني تكنولوجيا الهيدروجين من عيب رئيسي آخر، وهو الحاجة إلى استثمارات ضخمة في البنية التحتية. هناك حاجة لبناء مصانع لإنتاج الهيدروجين وبناء محطات للتزود بالوقود. يبدو لي أنه من الأرخص بكثير إضافة محطات شحن في محطات الوقود الحالية (في البداية بضع محطات ومع مرور الوقت ستضيف المزيد على حساب محطات التزود بالوقود) بدلاً من تكييف محطة وقود للتزود بالوقود الهيدروجيني مع كل أنظمة السلامة الإضافية التي ستكون مطلوبة.
في يوم من الأيام، ستحتاج محطات الوقود إلى أن تكون متصلة بشبكة المياه، وسيتم الفصل في الموقع حسب الحاجة، وستستفيد أيضًا من خزانات الأكسجين التي ستبيعها.