من المتوقع أن يكون وقود الهيدروجين مصدر طاقةٍ وفيرًا ونظيفًا مستقبلًا إذا وجد العلماء طريقةً لإنتاجه عمليًا وبتكلفة زهيدة دون وقود أحفوري. تقدم دراسة جديدة خطوةً واعدةً أُخرى لتحقيق ذلك، إذ يمكننا الاستفادة من مواد الألمنيوم والغاليوم المستهلكة المتاحة في حال نجاحها.
يصف العلماء في بحث جديد عمليةً بسيطةً نسبيًا تتضمن جسيمات الألمنيوم النانوية القادرة على تجريد الأكسجين من جزيئات الماء تاركةً غاز الهيدروجين.
تنتج العملية كمّيات هائلة من الهيدروجين، وتتميز بإمكانية إجرائها في درجة حرارة طبيعية.
يزيل ذلك أحد أكبر العقبات التي تواجه إنتاج وقود الهيدروجين، أي كمّية الطاقة الهائلة اللازمة لإنتاجه باستخدام العمليات المتاحة. يمكن أيضًا تطبيق هذه التقنية على أي نوع من الماء، ومن ضمنها مياه الصرف الصحي ومياه المحيطات.
قال عالم المواد من جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، سكوت أوليفر: «لسنا بحاجة إلى أي مدخل طاقة، فالتقنية تفّور الهيدروجين بجنون. لم أرَ شيئًا كهذا من قبل».
يُعد استخدام معدن الغاليوم مفتاحًا لنجاح العملية، إذ يسمح بحدوث تفاعل مستمر مع الماء. كان تفاعل الألمنيوم والغاليوم والماء هذا معروفًا منذ عقود، لكن الفريق عمل الآن على تحسين ذلك التفاعل وتعزيزه بطرق عدة.
وجد الباحثون المزيج الأمثل من الألمنيوم والغاليوم لإنتاج الهيدروجين بكفاءة عظمى مشكلًا مادة الألمنيوم-غاليوم المركبة بنسبة 3:1 بفضل تقنيات المجهر الإلكتروني الماسح وانحراف الأشعة السينية.
تؤدي السبيكة الغنية بالغاليوم عملًا مزدوجًا، إذ تزيل غلاف أكسيد الألمنيوم -ما يتسبب عادةً بمنع التفاعل مع الماء- وتنتج جسيمات الألمنيوم النانوية التي تُسرّع التفاعلات.
قال أستاذ الكيمياء العضوية من جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، باختان سينجارام: «يفصل الغاليوم بين الجسيمات النانوية ويحول دون تجمعها في جسيمات أكبر. بذل الناس سابقًا جهدًا كبيرًا لصنع جسيمات الألمنيوم النانوية، ونحن الآن ننتجها تحت ضغط جوي عادي، وفي ظل ظروف درجة حرارة طبيعية».
قال الباحثون إن عملية المزج ليست معقدةً، ويمكن تخزين المادة المركبة ثلاثة أشهر على الأقل عند غمرها في الهكسان الحلقي، لحمايتها من الرطوبة التي تسبب تردي فعاليتها.
من السهل الحصول على الألمنيوم مقارنةً بالغاليوم، إذ يمكن استخراجه من مواد مستهلكة مثل علب الألمنيوم المهملة والقصدير. يُعد الغاليوم أكثر تكلفةً من الألمنيوم وأقل منه وفرةً، لكن يمكن استرداده على الأقل وإعادة استخدامه مرات عدة في هذه العملية دون أن يفقد فاعليته.
ما زال أمام العلماء مزيد من العمل، خصوصًا للتأكد من إمكانية توسيع نطاق هذه العملية لمكان أكبر من المختبر، واستخدامها على الصعيد الصناعي. تشير العلامات الأولى إلى أنها عملية أُخرى ذات إمكانيات كبيرة لإنتاج وقود الهيدروجين.
اختتم الباحثون ورقة بحثهم قائلين: «ينتج مزيج الغاليوم والغاليوم الغني والألمنيوم إجمالًا كميات كبيرة من الهيدروجين في درجة حرارة طبيعية، ودون الحاجة إلى مدخل طاقة أو تلاعب بالمادة أو تعديل الأس الهيدروجيني».
نُشر البحث في مجلة أبلايد نانو ماتيريالز.
اقرأ أيضًا:
المعجون الهيدروجيني: وقود جديد قد ينافس البنزين والكهرباء
ترجمة: ربيع شحود
تدقيق: ميرفت الضاهر
