يقلل هذا الاكتشاف الجديد الحاجة إلى معدن نادر يُستخدم حاليًا في إنتاج الوقود الهيدروجيني.
وجد باحثون من معهد ريكين RIKIN لعلوم المصادر المستدامة في اليابان المزيج السري لإنتاج الوقود الهيدروجيني الرخيص، ويكمن السر في مزج القليل من المنغنيز مع عنصر الإيريديوم النادر جدًا والمطلوب كثيرًا اليوم.
في وقتنا الحاضر، يتطلب إنتاج الهيدروجين محفِّزًا لكسر روابط الماء وتحرير الهيدروجين، والأفضل بين المحفزات المكتشفة حتى الآن هو الإيريديوم، ولكن من الصعب جدًا جلب هذا المعدن المتحول النادر، وهذا ما يجعل استخدامه بالمجملة مكلفًا.
يقول المؤلف المشارك الأول شوانغ كونغ: «الإيريديوم نادر جدًا إذ إن توسيع نطاق الإنتاج للاستهلاك العالمي للهيدروجين إلى مقياس تيرا واط من المقدَّر أن يتطلب ما يعادل 40 عامًا من استخراج الإيريديوم وتحضيره».
لكن باحثي مركز ريكين وجدوا أن المنغنيز يمكن أن يساعد بتخفيف العبء عن الإيريديوم، وهذا يؤدي إلى تخفيف فاعليته المطلوبة بنسبة تصل إلى 95%.
الأهم من ذلك أن تقليل هذا القدر من الإيريديوم كمحفز رئيسي لا يؤثر بشكل ملحوظ على إنتاج الهيدروجين. ويمكن أن يساعد توسيع نطاق هذا الاكتشاف إذا تم، في جعل الهيدروجين بديلًا واقعيًا للوقود الكربوني.
هل يتاح للمنغنيز أن يكون الباعث على إنتاج الهيدروجين الأخضر مستقبلًا؟
هذا صحيح، وبخاصة إذا أخذنا بعين الاعتبار أن 70% من الأرض مغطى بمواد خام يُصنع منها الوقود: وهو الماء. وعليه، فمن غير الممكن بعد نزع الهيدروجين من الماء -على نطاق منافس- إنتاج الطاقة القائمة على الوقود الأحفوري.
يبلغ الإنتاج العالمي للطاقة حوالي 18 تيرا واط تقريبًا، فيجب أن تكون طرق إنتاج الطاقة البديلة والصديقة للبيئة التي ستحل مكان الوقود الأحفوري قادرة على توليد الطاقة بنفس المعدلات.
يتجه الفريق نحو تطوير محفزات مستدامة باستخدام معادن الأرض المتوفرة بكثرة.
تضمَّن نجاحهم الأخير استقرار إنتاج الهيدروجين الأخضر على مستوى عالٍ باستخدام أكسيد المنغنيز محفزًا، ولكن قد تستغرق هذه الطريقة سنوات عدة لتحقيق الإنتاجية المطلوبة على المستوى الصناعي.
قال ريوهي ناكامورا Ryuhei Nakamura من مركز ريكين: «نحتاج وسيلةً لسد الفجوة بين المحللات الكهربائية النادرة والمحللات الكهربائية الرائجة حتى نحقق انتقالًا تدريجيًا على مدى عدة سنوات نحو الهيدروجين الأخضر المستدام كليًا».
اكتشف الباحثون طريقةً للحفاظ على إنتاجية الهيدروجين في محلِّل كهربائي لغشاء التبادل البروتوني (PEM) باستخدام أقل للإيريديوم.ًوحققوا ذلك بنشر ذرات الإيريديوم الفردية على قطعة من أوكسيد المنغنيز، ما يمنعهما من التمازج معًا.
كانت إنتاجية الهيدروجين ممكنة باستمراره لأكثر من 3000 ساعة (حوالي أربعة أشهر) وبكفاءة 82% دون أي تراجع.
قال المؤلف المساعد آيلونغ لي : «كان التفاعل غير المتوقع بين أكسيد المنغنيز والإيريديوم مفتاحنا نحو النجاح. وهذا لأن الإيريديوم الناتج عن هذا التفاعل كانت أكسدته 6+ نادرة ونشطة للغاية».
يعتقد ناكامورا أن مستوى إنتاج الهيدروجين الذي تحقق مع المحفز الجديد لديه إمكانات عالية لجدوى الاستعمال الصناعي ووفرته في الأسواق.
يقول: «نسعى أن يكون محفزنا سهل النقل للتطبيقات العملية على أرض الواقع التي ستزيد مباشرةً من قدرة محللات غشاء التبادل البروتوني الكهربائية الحالية».
بخطوة متقدمة إلى الأمام، بدأ الفريق فعلًا بالعمل مع شركاء الصناعة الذين قاموا بتحسين محفز الإيريديوم-منغنيز الأصلي.
ويعتزم الفريق مواصلة دراسة التفاعل الكيميائي بين الإيريديوم وأكسيد المنغنيز بهدف تخفيض الكمية المطلوبة من الإيريديوم أكثر مما هي عليه.
اقرأ أيضًا:
جزيئة جديدة لتحويل ثاني اكسيد الكربون الى وقود بسهولة
ترجمة: سليمان عبد المنعم
تدقيق: ألاء ديب
