لدى النباتات مهارة تبدو سهلة: تحويل ضوء الشمس إلى طاقة. يسعى العلماء لمحاكاة عملية البناء الضوئي هذه اصطناعيًا. قد تكون فوائد الطاقة المتجددة هائلة، ويقوم نهج جديد على الصفائح الضوئية ، ما قد يكون أفضل محاولة واعدة شهدناها حتى الآن.
يأخذ الجهاز الجديد ثاني أكسيد الكربون والماء وضوء الشمس، ثم يُنتج الأكسجين وحمض الفورميك الذي يمكن تخزينه ويُعدّ وقودًا. قد يُستخدم الحمض مباشرة أو يُحوَّل إلى هيدروجين، ويمثل طاقة نظيفة غالبًا.
كانت الصفائح الضوئية -تُسمى أيضًا صفائح التحفيز الضوئي- عنصرًا أساسيًا في الابتكار، وتستخدم نوعًا خاصًا من أشباه الموصلات التي تُمكن إتمام تفاعل الأكسدة، عندما تسقط أشعة الشمس على هذه الصفائح في وجود الماء، وفي وجود عامل محفز آخر هو الكوبالت.
لم يتطلب الأمر أي مكونات أخرى لإتمام التفاعل، وهو بذلك يعمل بطاقة ذاتية بالكامل.
قالت الكيميائية كيان وانج من جامعة كامبردج: «اندهشنا بمدى النجاح الانتقائي للتفاعل. لا وجود تقريبًا لأي منتجات ثانوية. لا تعمل الأشياء عادةً كما نتوقعها، لكننا الآن أمام حالة نادرة، إذ كانت النتائج أفضل من المتوقع».
وفي حين كانت مساحة النموذج الأولي للصفائح الضوئية 20 سنتيمترًا مربعًا فقط، يقول العلماء إن زيادة المساحة ستكون سهلة نسبيًا ولن تكلف كثيرًا.
يستهدف العلماء إنتاج هذه الصفائح في مصفوفات كبيرة، كما في حقول الطاقة الشمسية. ويمكن تخزين حمض الفورميك الناتج في محلول، ومن ثم تحويله إلى أنواع مختلفة من الوقود حسب الحاجة.
حقق الاكتشاف نتيجة غير معتادة في أنظمة التحويل، فهي عملية نظيفة عالية الكفاءة دون أي منتجات ثانوية. نضطر عادةً إلى التعامل مع مخلفات التفاعل، ما يحد من الآثار الإيجابية المرجوة.
قالت وانج: «طالما كان من الصعب تحقيق تمثيل ضوئي اصطناعي بانتقائية عالية، لتحول أكبر قدر ممكن من أشعة الشمس إلى وقود، دون أن تضطر للتعامل مع قدر كبير من المخلفات».
طوّر فريق آخر من نفس المختبر ورقة نبات اصطناعية سنة 2019. تعمل الصفائح الضوئية بنفس الطريقة، لكنها أكثر صلابة وعملية، وتمكن زيادة مساحتها بسهولة، إضافةً إلى إنتاج وقود قابل للتخزين مباشرةً.
لكن الصفائح الضوئية ليست جاهزة للاستخدام التجاري بعد، إذ يحتاج الباحثون إلى زيادة كفاءة العملية أولًا. وهم أيضًا يختبرون محفزات مختلفة قد تؤدي إلى إنتاج وقود شمسي مختلف.
إن الحاجة إلى التحول الكامل إلى مصادر الطاقة النظيفة أصبح أمرًا مُلحًا أكثر من أي وقت مضى، لكننا متحمسون لكثرة المشروعات في هذا المجال. إن اكتشاف العلم وراء العملية هو مجرد البداية لإنتاج الوقود عمليًا.
قال الكيميائي إروين ريزنر من جامعة كامبردج: «إن تخزين الوقود الغازي وفصل المنتجات الثانوية قد يكون أمرًا معقدًا. نسعى للوصول إلى مرحلة إنتاج وقود سائل نظيف، يسهل تخزينه ونقله. نأمل أن تمهد هذه التكنولوجيا الطريق نحو إنتاج وقود شمسي مستدام وعملي».
اقرأ أيضًا:
هل نحن أمام ثورة ستضاعفة قدرة تخزين الطاقة الشمسية لآلاف المرات؟
تكنولوجيا تتيح طاقة شمسية لا نهائية ستغير المستقبل بشكل تام
ترجمة: سامي أنضوني
تدقيق: أكرم محيي الدين
