الملخص:
طوّر الكيميائي كيرياكوس ستيليانو ومعاونوه في جامعة ولاية أوريغون سلسلة من المواد التي تستخدم الطاقة الضوئية لإنتاج الهيدروجين من الماء بسرعة وكفاءة، مما يوفر إمكانيات جديدة لإنتاج طاقة الهيدروجين الخضراء على نطاق واسع. وقال فريق البحث إن هذه المادة لا تتمتع بالكفاءة العالية فحسب، بل تتمتع أيضًا بقدرة جيدة على الاستقرار وقابلية التوسع، ومن المتوقع أن تساعد في تقليل تكلفة إنتاج الطاقة النظيفة في المستقبل.
في الوقت الحالي، لا يزال معظم إنتاج الهيدروجين الصناعي يعتمد على الوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي، الذي لا يستهلك طاقة هائلة فحسب، بل ينتج أيضًا كميات كبيرة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. على الرغم من أن استخدام الطاقة الشمسية لفصل المياه لإنتاج الهيدروجين يعتبر حلاً مثاليًا، إلا أن التقنيات ذات الصلة ظلت لفترة طويلة محدودة بسبب الكفاءة المنخفضة والمواد باهظة الثمن والمتانة غير الكافية.
يركز هذا البحث على مادة بلورية خاصة. تعمل المادة كمحفز ضوئي، مما يحفز حركة الإلكترون الداخلية بعد امتصاص ضوء الشمس ودفع جزيئات الماء إلى الانقسام إلى هيدروجين وأكسجين. وبالمقارنة مع مواد التحفيز الضوئي التقليدية، تتمتع البلورة الجديدة بقدرة أقوى على الاستفادة من ضوء الشمس ويمكنها تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية بكفاءة أكبر.
وأشار الباحثون إلى أن البلورة تحتوي على بنية ترتيب ذري عالية الترتيب بداخلها، والتي يمكن أن تساعد الإلكترونات على التحرك بسرعة وتقليل فقدان الطاقة، وبالتالي تحسين كفاءة التفاعل بشكل عام. وفي الوقت نفسه، يمكن للمواقع النشطة في المادة أن تعزز عملية تحلل جزيئات الماء، مما يزيد من معدل إنتاج الهيدروجين.
تظهر النتائج التجريبية أن هذه البلورة يمكنها إجراء تفاعلات فصل الماء بشكل مستمر وثابت تحت ظروف الإضاءة والحفاظ على الأداء الجيد أثناء الاختبار طويل المدى. ويرى فريق البحث أن الاستقرار هو أحد أهم المؤشرات للتطبيقات العملية المستقبلية، لأن العديد من المواد المخبرية، على الرغم من كفاءتها نسبيًا، سوف تتحلل بسرعة أثناء التشغيل.
وأكد الباحثون أيضًا على أن الميزة المهمة لهذه التكنولوجيا هي استخدامها المباشر للطاقة الشمسية. من الناحية النظرية، يمكن لمثل هذا النظام أن يستمر في إنتاج الهيدروجين طالما كان هناك ضوء الشمس والماء، دون الاعتماد على مدخلات الكهرباء الخارجية. إذا كان من الممكن تحسين الكفاءة وتوسيع نطاق الإنتاج في المستقبل، فمن المتوقع توفير حلول طاقة جديدة للمناطق النائية والمرافق الصناعية وأنظمة تخزين الطاقة المتجددة.
يُنظر إلى الهيدروجين على نطاق واسع باعتباره مصدرًا مهمًا للطاقة لتحقيق اقتصاد منخفض الكربون. يمكن استخدامه في مركبات خلايا الوقود وتصنيع الصلب وإنتاج المواد الكيميائية وأنظمة تخزين الطاقة الكبيرة. ومع ذلك، فإن تكلفة الإنتاج الحالية للهيدروجين الأخضر لا تزال أعلى بكثير من تكلفة طرق إنتاج الهيدروجين بالوقود الأحفوري التقليدية. لذلك، أصبح تطوير تكنولوجيا إنتاج الهيدروجين الأكثر كفاءة والأرخص هدفًا مهمًا لمجتمع البحث العلمي العالمي.
ذكر فريق البحث أنه في المستقبل، سيستمرون في تحسين هيكل وتكوين البلورة، وزيادة تحسين كفاءة التحفيز الضوئي، واستكشاف طرق التصنيع التجارية. وإذا أمكن تصنيع التكنولوجيا ذات الصلة بنجاح، فإن رؤية استخدام ضوء الشمس للحصول على الهيدروجين النظيف مباشرة من الماء قد تكون خطوة أقرب إلى الواقع، مما يوفر دعما فنيا جديدا لتحويل الطاقة العالمية.
التعليقات