باحثون يكتشفون طريقة أكثر فاعلية لتفكيك الماء وإنتاج الهيدروجين

غالباً ما يُعتبر الهيدروجين وقود المستقبل، إمَّا على شكل خلايا وقود لتشغيل المحركات الكهربائية أو ليُحرق ضمن محركات الاحتراق الداخلي. ولكن إيجاد طريقة عملية وقليلة التكاليف وغير سامة لإنتاج كمية كبيرة من غاز الهيدروجين خاصةً عن طريق تفكيك الماء إلى الأجزاء المكونة له: الهيدروجين والأُكسجين قد يشكل تحديًا.

وقد قدم فريق من الباحثين في جامعة هيوستن ومعهد التكنولوجيا في كاليفورنيا تقريرًا عن مادة كيميائية محفزة أكثر فاعلية، باستخدام جزيئات ثلاثي الموليبدينوم سولفوسيلينيد (Molybdenum Sulfoselenide) على رغوة النيكل سيلينيت المسامية لزيادة النشاط التحفيزي.

ويقول سايفينج رين (Zhifeng Ren) بروفيسور الفيزياء بمركز إم دي اندرسون لامراض السرطان بجامعة هيوستون: ‹‹أنَّ الرغوة، المصنوعة من رغوة النيكل المتاحة تجاريًا، تُحسّن الأداء التحفيزي بشكل كبير لأنها تتعرض أكثر للحواف، إذْ النشاط التحفيزي أعلى من السطوح المستوية››.

سايفينج رين هو المؤلف الرئيسي للمقالة الموجودة في مجلة Nature) Communications) التي تصف هذا الاكتشاف. وهناك باحثون آخرون من جامعة هيوستن و من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا شاركوا في إعداد المقالة.

كتب الباحثون: ‹‹مع الاستهلاك الهائل للوقود الأحفوري وتأثيره الضّار على البيئة، لابُدَّ من إيجاد طُرق لتوليد الطاقة النظيفة››. و أضافوا :‹‹الهيدروجين هو شاحِن مثالي للطاقة المتجددة، ومع ذلك إنتاج الهيدروجين غير فعال بسبب فقدان محفزات قوية التي هي فعليًا أرخص من البلاتين››. يقول سايفينج رين الذي هو أيضًا باحث رئيسي في مركز تكساس للمواد الناقلة الفائقة (Texas Center for Superconductivity): ‹‹إنَّ محفزات البلاتين لديها أعلى معدلات كفاءة لتوليد الهيدروجين››. و يضيف: ‹‹البلاتين مادة نادرة، يصعب استخراجها وغالية الثمن للاستعمال العملي ويتابع الباحثون السعي إلى إيجاد طرق أقل غلاءً لتجزئة الماء إلى العناصر المكونة له››.

حاليًا، يُنتج معظم الهيدروجين من إعادة هيكلة بخار الميثان وتحويل الفحم إلى غاز (استخلاص الزيت والغاز من الفحم الحجري)، تزيد هذه الأساليب من انبعاث الكربون على الرغم من أنه يحترق بطريقة نظيفة.

عرضَ السيلفوسيلينيد الموليبدينوم (Molybdenum Sulfoselenide) والمركبات المشابهة له ذات الطبقات وعدًا باستخدامهم كمواد محفزة، لكن حتى الآن لم يُدعم أداءهم بالمستوى القابل للتطبيق بشكل ضخم. يقول الباحثون: ‹‹ تُعرّف المحفزات الأكثر نشاطًا في هذه المركبات باسم ديكالكوجينات المعدن الانتقالي (Layered Transition-Metaldichalcogenides) واختصارها LTMDs وهي موجودة عند الحافات، مما يجعل فكرة التركيز على المواد التي تمتلك
أكبر عدد من الحافات المكشوفة أمرًا مرغوبًا››. و يضيفون: ‹‹إنَّ تكوين هجائن (Hybrids) من خلال تنسيق مادتين مختلفتين قد يقود إلى آثار تعاونية لتُستخدم أفضل الخصائص من كل مادة››.

إنَّ محفزهم الهجين (Hybrid) يتكون من جسيمات سيلينيد الموليبيدينيومي (Molybdenum Sulfoselenide) موجودة على طبقات ذات موصلية مسامية من كبريتيد النيكل التي تنحاز بشكل عمودي على البعد الثالث.

حددت الاختبارات أن العامل المحفز الهجين يتطلب 69 ميللي فولت من مصدر الطاقة الخارجي لتحقيق الكثافة الحالية لـ10 ميللي أمبير لكل سنتيمتر مكعب، ويقول الباحثون: ‹‹أنَّ هذا الاختبار هو أفضل من عدة اختبارات سابقة››. في هذه الحالة، فإنَّ التيّارالكهربائي يفكك الماء ويحوله إلى هيدروجين عند المِهبط (Cathode). إنَّ تحقيق الكثافة الحالية الضرورية باستخدام تيّار منخفض يزيد من كفاءة تحويل الطاقة ويقلّل من تكاليف الإنتاج.

يتطلب محفز البلاتين 32 ميللي فولط أثناء الاختبارات. ويقول سايفينج رين: ‹‹خفضت الاختبارات الجارية متطلبات المحفز الهجين إلى حوالي 40 ميللي فولط، مما يجعله قريبًا من ما يتطلبه البلاتين››.

كانت الأهمية هي القدرة على زيادة التيّار الخارج (Current Output) بمعدل أسرع من زيادة الطاقة الداخلة (Energy Input). وبعد مرور 1,000 دورة للتيار الثابت، بقي المحفز مستقرًا.

وسيستمر الباحثون بالعمل من أجل تقليل الجهد الكهربائي المطلوب.

شرح بعض المصطلحات:

Chalcogen :

مجموعة الكالكوجين هي عناصر مجموعة السادسة عشر بالجدول الدوري للعناصر. كما تعرف هذه العناصر أيضًا بعائلة الأُكسجين. وتتكون المجموعة من:
أُكسجين، كبريت، سيلينيوم، تيليوريوم، بولونيوم، ليفرموريوم