طوَّر العلماء اليابانيون طريقة ًجديدة لتحويل المياه إلى وقود هيدروجوني باستخدام أشعة الشمس وبإضافة محفِّز ضوئي خاص. ستساعد هذه التكنولوجيا الجديدة في إيجاد وقود هيدروجيني بوفرة وبسعر رخيص ليُستخدَم في كثير من المجالات.
معظم الهيدروجين الحر الذي نحصل عليه الآن مصدره الغاز الطبيعي، وهذا يعني أن الابتعاد عن الوقود الأحفوري إلى هذا البديل لا يحقق الطموح المرجو بالتوجه إلى طاقة أكثر خضرة.
أوضح البروفيسور كازوناري دومين من جامعة شينشو وهو المؤلف الرئيسي للدراسة التي نشرتها مجلة فونتايرز إن ساينس: «إن تحليل الماء باستخدام ضوء الشمس بإضافة المحفزات الضوئية هي تقنية مثالية لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية وتخزينها، والتطورات الأخيرة في المواد والأنظمة الضوئية تزيد الآمال في تحقيقها … لكن مع ذلك ما زال أمامنا كثير من التحديات».
إن المبدأ الأساسي وراء هذه العملية هو تحليل المياه إلى أكسجين وهيدروجين، ومع أن العملية قد تبدو بسيطة، فهي تتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة، وإضافة محفزات من نوع خاص تُسمّى المحفزات الضوئية.
تعمل هذه المحفزات على تسهيل التفاعلات الكيميائية التي تحلل المياه إلى أجزاء أساسية عند تعرضها للضوء. لا يُعَد هذا المفهوم جديدًا، ولكن معظم المحفزات الحالية باسم (المحفزات ذات الخطوة الواحدة) غير فعّالة ولديها معدل تحويل ضئيل للطاقة الشمسية إلى طاقة هيدروجينية.
يوجد أيضًا نظام إثارة آخر أكثر تطورًا يتكون من خطوتين، وفيه يولّد أحد المحفزات الضوئية الهيدروجين من الماء بينما ينتج الآخر الأكسجين. واختار الفريق الياباني هذه العملية الثانية لتحليل المياه.
يقول الدكتور تاكاشي هيساتومي من جامعة شينشو وأحد الباحثين في الدراسة: «لا يمكن لتكنولوجيا تحويل الطاقة الشمسية أن تعمل في الليل أو في الطقس السيئ، لكن بتخزين طاقة ضوء الشمس طاقةً كيميائية لمواد الوقود، يسمح باستخدامها في أي وقت وفي أي مكان».
نجح فريق دومين وهيساتومي في إثبات صحة المفهوم بتشغيل مفاعل مساحته 100 متر مربع لمدة ثلاث سنوات. أظهر هذا المفاعل أداءً أفضل في ضوء الشمس الحقيقي مقارنة بظروف المختبر. قال هيساتومي:
«باستخدام محفز ضوئي يستجيب للأشعة فوق البنفسجية في نظامنا، كانت كفاءة تحويل الطاقة الشمسية أعلى بنحو مرة ونصف تحت ضوء الشمس الطبيعي … تستخدم المحاكاة القياسية لأشعة الشمس طيفًا من منطقة خطوط عرض مرتفعة قليلًا، وكفاءة تحويل الطاقة الشمسية ستكون أعلى في المناطق التي يحتوي فيها ضوء الشمس الطبيعي على مكونات ذات أطوال موجية أقصر من المحاكاة القياسية. لكن الكفاءة حاليًا تحت ضوء الشمس المحاكى 1% في أفضل الأحوال، ولن تصل إلى 5% تحت ضوء الشمس الطبيعي».
يقول الفريق إن المزيد من الباحثين بحاجة إلى تطوير محفزات ضوئية أكثر كفاءة وبناء مفاعلات تجريبية أكبر من أجل تحقيق هذا التقدم في التكنولوجيا (تخطي كفاءة 5%).
وأوضح دومين: «إن الجانب الأكثر أهمية الذي يجب تطويره هو كفاءة تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية باستخدام المحفزات الضوئية … عند تحسينه إلى المستوى العملي، سيعمل كثير من الباحثين بجدية على تطوير هذه التكنولوجيا على مستوى الإنتاج الضخم، وعمليات فصل الغاز، وبناء المصانع على نطاق واسع. سيؤدي هذا أيضًا إلى تغيير طريقة تفكير كثير من الناس -ومنهم صنّاع القرار السياسي- حول تحويل الطاقة الشمسية وتسريع تطوير البنية التحتية والقوانين واللوائح المتعلقة بالوقود الشمسي».
اقرأ أيضًا:
أول طائرة تعمل بوقود الهيدروجين السائل تحلق في السماء
اكتشاف طريقة لزيادة كفاءة إنتاج الوقود الهيدروجيني إلى 25 ضعفًا
ترجمة: محمد الشرقاوي
تدقيق: محمد حسان عجك
مراجعة: باسل حميدي
