طور باحثون في جامعة “ميشيغان” University of Michigan الأميركية طريقة لتحسين كفاءة تقسيم المياه بالطاقة الشمسية، وهي عملية تقوم على محاكاة التمثيل الضوئي باستخدام الشمس لفصل الهيدروجين عن الماء.
فمن خلال حصاد الأشعة تحت الحمراء، تمكن الباحثون من تسريع عملية تقسيم المياه بالطاقة الشمسية وزيادة كمية الهيدروجين التي تمكنوا من حصادها.
ووفقا للدراسة التي نشرت -أمس- في دورية “نيتشر” Nature، حقق النوع المبتكر من الألواح الشمسية كفاءة بنسبة 9% في تحويل المياه إلى هيدروجين وأكسجين. وتمثل هذه التقنية قفزة كبيرة في التكنولوجيا، وتعد أكثر كفاءة بنحو 10 مرات من التجارب الأخرى التي استخدمت الطاقة الشمسية لتقسيم المياه.
ويوفر إنتاج وقود الهيدروجين من ضوء الشمس والماء (أكثر الموارد الطبيعية وفرة على الأرض) أحد أكثر المسارات الواعدة لتحييد الكربون. ويمكن إنتاج الهيدروجين النظيف مباشرة من ضوء الشمس والماء عن طريق فصل الماء بالتحفيز الضوئي.
خفض تكلفة الهيدروجين المستدام
ومع استمرار تحول الهيدروجين إلى بديل مرغوب فيه للوقود الإحفوري، يمكن أن توفر هذه الطريقة وسيلة نظيفة ورخيصة وفعالة لإنتاج الهيدروجين. وتعد الفائدة الأكبر من هذه التقنية هي خفض تكلفة الهيدروجين المستدام عن طريق تقليل استخدام أشباه الموصلات التي عادة ما تكون الجزء الأغلى في الجهاز.
ويمكن لأشباه الموصلات التي طورها الفريق أن تحتمل ضوءا مركزا يعادل طاقة 160 شمسا.
وقال قائد فريق البحث بالدراسة “زيتيان مي” -أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في جامعة ميشيغان- إن أجهزة التمثيل الضوئي الاصطناعي المقترحة في الدراسة ستكون أكثر كفاءة من عملية التمثيل الضوئي الطبيعي، مما سيوفر طريقا آمنا نحو الحياد الكربوني.
وأضاف “مي” -في تصريح للجزيرة نت- أن الفريق قلل حجم أشباه الموصلات بأكثر من 100 مرة مقارنة ببعض أشباه الموصلات التي تعمل فقط عند درجة الإضاءة المنخفضة، ومن ثم يصبح الهيدروجين الذي تنتجه التقنية الجديدة رخيصا جدا عند طرحه للمستخدمين.
والوقت الحالي، يجري إنتاج الهيدروجين باستخدام قدر كبير من الطاقة الأحفورية. ومع ذلك، تحصد النباتات ذرات الهيدروجين من الماء باستخدام ضوء الشمس. وبينما تحاول البشرية تقليل انبعاثات الكربون، فإن الهيدروجين جذاب كوقود قائم بذاته وكمكون في الوقود المستدام المصنوع من ثاني أكسيد الكربون المعاد تدويره.
وبالمثل، فهو ضروري للعديد من العمليات الكيميائية مثل إنتاج الأسمدة، وفقا للبيان الصحفي الصادر عن جامعة ميشيغان.
تركيز ضوء الشمس
ويوضح “مي” أنه “فيما يتعلق بمنهجيتنا، اختبرنا هذه الطريقة باستخدام عدسة كبيرة لتركيز ضوء الشمس على شبه موصل مغمور في غرفة مليئة بالماء. وصلت درجة الحرارة في الغرفة إلى 70 درجة مئوية مما يجعلها دافئة جدا. وصممت أشباه الموصلات خصيصا للتعامل مع درجات الحرارة المرتفعة بما يحول دون تدهورها”.
وتعمل درجات الحرارة المرتفعة على تسريع عملية تقسيم الماء، كما تشجع الحرارة الزائدة على بقاء الهيدروجين والأوكسجين منفصلين بدلا من تجديد ترابطهما وتشكيل الماء مرة أخرى.
ويشير “مي” إلى أن النتائج أظهرت أن هذه الطريقة حققت كفاءة بنسبة 9.2% في تحويل الماء إلى هيدروجين للاختبارات الداخلية و6.1% للاختبارات الخارجية (بالمساحات المفتوحة). كما تظهر هذه الطريقة تحسينات كبيرة مقارنة بالطرق السابقة والتي كانت قادرة فقط على تحقيق كفاءات أقل من 3%.
ويلفت الباحثون إلى أن أهم نتيجتين توصل إليهما الفريق هما القدرة على تركيز ضوء الشمس دون تدمير أشباه الموصلات التي تستقبل الضوء، واستخدام جزء الطاقة الأعلى من الطيف الشمسي لتقسيم الماء والجزء السفلي من الطيف لتوفير الحرارة التي تحفز التفاعل.
المصدر: مواقع إلكترونية
