بديل فريد لتحويل الطاقة الشمسية إلى وقود

هل هناك طريقة لتوفير الطاقة الشمسية لليوم الممطر؟ - طريقة جديدة تم تطويرها في معهد وايزمان رخيصة نسبيا وفعالة للغاية ولا تنتج نفايات خطرة بيئيا

إحدى العقبات التي يجب التغلب عليها في طريق الاستخدام الواسع النطاق لمصادر الطاقة المتجددة، مثل ضوء الشمس أو الرياح، هي حقيقة أن هذه المصادر لا توفر بالضرورة الطاقة في الوقت والمكان الذي تكون هناك حاجة إليها فيها. يمكن للإشعاع الشمسي والرياح الموجودين تحت تصرفنا تشغيل جميع الآلات ومكيفات الهواء وأجهزة الكمبيوتر في العالم - لكن توفير الطاقة من هذه المصادر حسب الطلب والاحتياجات لا يزال غير عملي وغير جدير بالاهتمام.

هل هناك طريقة لتوفير الطاقة الشمسية لليوم الممطر؟ الفحم، على سبيل المثال، هو مصدر للطاقة المخزنة: يمكنك حرقه وقتما تشاء وإنتاج البخار، ومن البخار تنتج الكهرباء. وفي المقابل، تقوم الخلايا الشمسية ومزارع الرياح بتحويل ضوء الشمس والرياح مباشرة إلى كهرباء. ورغم أن هذه العملية مفيدة لتشغيل الأجهزة المنزلية إلا أنه من المستحيل تخزينها ونقلها وقد تم اقتراح حلول كثيرة للمشكلة ولكن أغلبها (مثل البطاريات الضخمة، أو الحل الأكثر قبولا – ضخ كميات كبيرة من المياه) محدودة أو باهظة الثمن أو مرهقة. ومن الإمكانيات الواعدة التي يستكشفها كثير من العلماء، تحويل الطاقة المجمعة من الشمس أو الرياح إلى نوع آخر من الطاقة، يمكن تخزينها ونقلها وحرقها في الزمان والمكان المطلوبين. في الثمانينيات والتسعينيات من القرن العشرين، بدأ العلماء في معهد وايزمان للعلوم البحث عن طرق لتخزين الطاقة الشمسية ضمن روابط كيميائية عالية الطاقة، مع استخدام الأشعة الضوئية المركزة التي تم إنشاؤها في البرج الشمسي للمعهد - وهي طريقة تعرف باسم الطريقة الحرارية. أنابيب الحرارة الكيميائية.

ومؤخرًا، قام البروفيسور إيجور لوبوميرسكي، من قسم المواد والأسطح بكلية الكيمياء بمعهد وايزمان للعلوم، بتطوير بديل فريد لتحويل الطاقة الشمسية إلى وقود. والطريقة الجديدة رخيصة نسبيا وفعالة للغاية ولا تنتج نفايات خطرة على البيئة. بدلاً من استخدام الفحم (الذي تم إنشاؤه على مدى ملايين السنين ويؤدي احتراقه إلى انبعاث الملوثات)، في طريقة البروفيسور لوبوميرسكي الجديدة، يتم إنتاج غاز أول أكسيد الكربون (CO) - الذي لا يسبب عمليات تآكل، ويمكن حرقه مباشرة في توربينات أو مولدات – أو تحويلها إلى وقود سائل. على الرغم من أن التركيزات العالية من هذا الغاز سامة، إلا أن أول أكسيد الكربون يستخدم منذ أكثر من 100 عام كوسيط كيميائي؛ يتم إنتاج عشرات الملايين من الأطنان من الغاز كل عام من الفحم أو الخشب، في عملية صناعية معروفة، وفي الطريقة التي اقترحها البروفيسور لوبوميرسكي، يتم إنتاج أول أكسيد الكربون من ثاني أكسيد الكربون (CO2) - بدلاً من الخشب أو الفحم. - في عملية كيميائية بسيطة نسبياً، باستخدام نظام مشابه لبطارية كبيرة وساخنة وفي غرفة خاصة يتم تسخين مادة كيميائية (التيتانيوم) إلى درجة حرارة 900 درجة مئوية، ويتم تمرير تيار كهربائي من خلالها. في ظل هذه الظروف، يتم حقن ثاني أكسيد الكربون بشكل مستمر في الخلية ويتحلل إلى أول أكسيد الكربون والأكسجين.

ويقول البروفيسور لوبوميرسكي: "قد يكون من الممكن إنتاج أول أكسيد الكربون بجوار مداخن محطات توليد الطاقة، أو أي مصدر آخر ملوث لثاني أكسيد الكربون، بحيث تتم إزالة الغازات الدفيئة المنبعثة من المدخنة وإعادة تدويرها قبل دخولها إلى البيئة". أَجواء." المعدن الذي نستخدمه هو التيتانيوم، وهو مادة قياسية ورخيصة، ويمكن الوصول إليها عدة مرات أكثر من المعادن الأكثر تكلفة، مثل البلاتين، والتي تستخدم في أجهزة أخرى مماثلة. وتشمل المزايا الأخرى للطريقة الجديدة كفاءة حرارية تزيد على 85% (لا تشمل الطاقة اللازمة لتسخين النظام (كفاءة أعلى بكثير من أنظمة تحويل الطاقة الأخرى)، والسهولة التي يمكن بها نقل الغاز وحرقه. لوبوميرسكي: "من الممكن في المستقبل أن يتم استخدام الطريقة وهي امتصاص الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح في الأماكن التي تتوافر فيها، وتحويلها إلى أول أكسيد الكربون الذي سيتم تخزينه أو تحويله إلى وقود سائل مثل الميثانول". "هذا البحث هو بالكامل نتاج مبادرة أبحاث الطاقة البديلة في معهد وايزمان للعلوم (AERI). وتسمح هذه المبادرة للمعهد بدعم عدد من الدراسات المهمة في هذا المجال".

قدمت شركة "أبحاث وتطوير المعرفة"، التي تشجع تطوير التطبيقات المبنية على اختراعات علماء معهد وايزمان للعلوم، طلبًا لتسجيل براءة اختراع لهذه العملية. تم منح تراخيص التطوير لشركة Campus-Tech التابعة لمجموعة Clal Industries and Investments ومجموعة Arte Venture. ومن المقرر إجراء التجارب الأولية في المستقبل القريب.

في غضون 25 عاما، يجب علينا التخلي عن النفط والغاز والتحول إلى الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، يقول الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء والتر كون في محاضرة في بار إيلان