"بعد الانخفاض الحاد في أسعار الألواح الشمسية الكهروضوئية في السنوات الأخيرة، ظهرت فرصة للتحول إلى إنتاج الكهرباء النظيفة والمتاحة والرخيصة التي تنشأ من الطاقة الشمسية بدلا من محطات الطاقة التي تعمل بالفحم والتي تلوث البيئة". يقول البروفيسور أفنير روتشيلد من كلية علوم وهندسة المواد في التخنيون.
وصل الباحثون في التخنيون والمعهد الفيدرالي للتكنولوجيا في لوزان إلى ذروة جديدة في معدل تحويل الطاقة الشمسية إلى هيدروجين عن طريق تحليل الماء باستخدام أقطاب أكسيد الحديد (الصدأ) ذات بنية نانومترية خاصة. وبالاشتراك مع الألواح الشمسية الكهروضوئية، ستكون هذه الأقطاب الكهربائية قادرة على إنتاج الهيدروجين بينما تنتج الألواح الشمسية الكهرباء من أجل تخزين الطاقة الشمسية الزائدة خلال النهار وتحويلها إلى كهرباء خلال ساعات الظلام.
"بعد الانخفاض الحاد في أسعار الألواح الشمسية الكهروضوئية في السنوات الأخيرة، ظهرت فرصة للتحول إلى إنتاج الكهرباء النظيفة والمتاحة والرخيصة التي تنشأ من الطاقة الشمسية بدلا من محطات الطاقة التي تعمل بالفحم والتي تلوث البيئة". يقول البروفيسور أفنير روتشيلد من كلية علوم وهندسة المواد في التخنيون. "في العام الماضي، تم تركيب ألواح شمسية في أوروبا تنتج الكهرباء بقوة أكبر من جميع محطات الطاقة الجديدة، التي تم تركيبها في جميع أنحاء أوروبا في نفس الوقت، لإنتاج الكهرباء من الفحم والغاز الطبيعي على حد سواء. إن العائق التكنولوجي الرئيسي الذي يواجه التحول واسع النطاق من إنتاج الكهرباء الملوث من خلال حرق الفحم والغاز الطبيعي إلى إنتاج الكهرباء النظيف من خلال الطاقة الشمسية ينبع من الحاجة إلى سد الفجوة بين إنتاج الكهرباء خلال النهار، عندما تشرق الشمس، استهلاك الكهرباء خلال ساعات المساء والليل والصباح الباكر عندما لا يتوفر مصدر الطاقة أي ضوء الشمس."
وبمساعدة ضوء الشمس، يمكن لأقطاب أكسيد الحديد تحليل جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين بكفاءة وبتكلفة زهيدة. يمكن تخزين الهيدروجين المتولد أثناء النهار وتحويله إلى كهرباء أثناء الظلام باستخدام خلية وقود الهيدروجين. وبدلاً من ذلك، يمكن استخدامه كمادة خام لإنتاج مواد أخرى ذات قيمة مضافة، مثل الأمونيا لصناعة الأسمدة الكيماوية أو الوقود السائل لوسائل النقل.
في العمل الحالي، المنشور في المجلة العلمية المرموقة Nature Materials، اكتشف الدكتور سكوت وارين، طالب ما بعد الدكتوراه في المجموعة البحثية للبروفيسور مايكل جراتزل من EPFL، أن هناك علاقة واضحة بين هيكل وترتيب الجسيمات النانوية مدى تعقيد الأقطاب الكهربائية ومعدل قدرتها على تحلل الماء وإنتاج الهيدروجين والأكسجين باستخدام ضوء الشمس. أدى التغيير الطفيف في ظروف تحضير الأقطاب الكهربائية إلى تكوين هيكل خاص يتم فيه ترتيب الجزيئات بشكل موحد بدلاً من ترتيبها العشوائي في عملية التحضير العادية للقطب الكهربائي. ونتيجة لذلك، ارتفع معدل إنتاج الهيدروجين بنحو ثلاثين بالمئة، مقارنة بالرقم القياسي السابق، ووصل إلى رقم قياسي جديد بنحو 17 لترا في الساعة لكل قطب كهربائي في مساحة متر في متر واحد. "بمثل هذا المعدل"، يشرح البروفيسور روتشيلد، "سيكون من الممكن إعادة تزويد سيارة الهيدروجين بالوقود باستخدام نظام الطاقة الشمسية المنزلي الذي سيوفر أيضًا، بالإضافة إلى الهيدروجين، كل استهلاك الكهرباء لعائلة متوسطة في إسرائيل".
"إن الكفاءة العالية للأقطاب الكهربائية الجديدة، التي تتمتع ببنية منظمة، ترجع إلى تقليل مقاومة مرور تيار كهربائي من خلالها"، يوضح تشين دوتان، طالب الدكتوراه في المجموعة البحثية للبروفيسور روتشيلد وأحد الباحثين مؤلفي المقال. "ونتيجة لذلك، فإن الشحنة الكهربائية الناتجة عن امتصاص الضوء في القطب تكون قادرة على تحطيم جزيئات الماء بشكل أكثر فعالية من الأقطاب الكهربائية السابقة، والتي لها بنية غير منتظمة، حيث تفقد الشحنة الكهربائية إمكاناتها أثناء مرورها من جسيم إلى جسيم."
ينضم هذا العمل إلى العمل السابق لمجموعة أبحاث البروفيسور أبنر روتشيلد، والذي نُشر أيضًا في مجلة Nature Materials العام الماضي، حيث تمكن الباحثون من تحسين كفاءة الأقطاب الكهربائية المصنوعة من طبقة رقيقة للغاية، يبلغ سمكها حوالي 25 نانومتر، من أكسيد الحديد عن طريق محاصرة الضوء. في الطبقة . وتمثل هذه الأعمال اختراقات جديدة وواعدة، تشير إلى إمكانية استخدام أكسيد الحديد - وهي مادة بسيطة وشائعة ورخيصة ومستقرة - لتحويل وتخزين الطاقة الشمسية وإنتاج وقود صناعي نظيف لا يلوث البيئة. ولا يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري. يتم دعم البحث حول هذا الموضوع من قبل برنامج الطاقة التابع لـ Shem Grand، مركز التميز للوقود الشمسي، وبرنامج FTA في مجال الضوئيات النانوية.
إشارة إلى المادة (الجديدة):
سكوت سي. وارين، كيسلون فويتشوفسكي، هين دوتان، سيلين إم. ليروي، مورين كورنوز، فرانشيسكو ستيلاتشي، سيسيل هيبيرت، أفنر روتشيلد ومايكل جراتزل، "تحديد الهياكل النانوية الرائدة لتقسيم المياه بالطاقة الشمسية"، طبعة Nature Materials عبر الإنترنت، 7 يوليو ، 2013.
تعليقات 4
شكرا لك "واحد". لقد تساءلت حقًا حتى يومنا هذا عن موقف كورزويل من مسألة طاقة المستقبل. ففي نهاية المطاف، هناك حاجة إلى قدر كبير منه لبدء العمليات التي تنبأ بها.
كيف يمكنك فصل الهيدروجين عن الأكسجين قبل أن ينفجر كل شيء؟ بالنسبة لأولئك الذين لا يعرفون، خليط من جزأين من الهيدروجين وجزء واحد من الأكسجين يسمى غاز الرعد، وليس من أجل لا شيء.
"بعد الانخفاض الحاد في أسعار الألواح الشمسية الكهروضوئية خلال السنوات الأخيرة..."
لذا، بما يتوافق مع تنبؤات راي كورزويل، فإن الطاقة الشمسية ستكون قادرة على توفير جميع احتياجات البشرية من الطاقة خلال حوالي 20 عامًا وبتكلفة أقل من النفط والغاز:
http://www.kurzweilai.net/glenn-beck-interviews-ray-kurzweil-may-2008
ومن المهم الجمع بين تكنولوجيا إنتاج الهيدروجين وتخزينه الآمن. وفي الماضي، تم نشر العديد من المقالات حول هذا الموضوع على الموقع.