يختبر علماء إمكان إنتاج الهيدروجين بالمحفزات الضوئية، بما يتيح توسعة نطاق استعمالات الوقود بكفاءة أعلى.
وتقوم فكرة الباحثين على استعمال الحافز الضوئي لتحويل الطاقة الشمسية إلى كيميائية، ليظهر في صورة حرارة يُستفاد منها في تفاعلات محرك الاحتراق الداخلي بالسيارات، وغيرها من الاستعمالات.
وبحسب متابعة منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن) لتفاصيل التجربة، يمكن الحصول على الهيدروجين من تكسير أو شطر جزيئات المياه بالاعتماد على ضوء الشمس وفي وجود محفزات.
وفي حال نجاح تطبيق التجربة، يحصل داعمو الطاقة النظيفة على وقود هيدروجين بوفرة أكبر وتكلفة أقل، والأهم من ذلك أنه سيكون وقودًا مستدامًا ومنخفض الانبعاثات.
إنتاج الهيدروجين بالمحفزات الضوئية
ما زال إنتاج الهيدروجين بالمحفزات الضوئية تقنية تحت التجريب، وتقوم على الاستعانة بالطاقة الشمسية وربطها بإنتاج الوقود النظيف مباشرة، وليس عبر التحليل الكهربائي كما اشتهر الهيدروجين الأخضر سابقًا.
وتؤدي الطاقة الشمسية هنا دورًا مختلفًا عن مجرد إنتاج الكهرباء النظيفة والمتجددة اللازمة لتشغيل المحللات الكهربائية؛ ما يشكّل ضربة لعصفورين بحجر واحد عبر ضمان ميزات أكبر وأنظف للهيدروجين دون الاضطرار للعودة إلى الوقود الأحفوري -وخاصة الغاز الطبيعي- لإنتاجه.
ورغم أن الوقود النظيف كثيرًا ما اعتمد على شطر جزئيات المياه إلى "أكسجين، وهيدروجين"، فإن إنتاج الهيدروجين بالمحفزات الضوئية يجنّب هذه العملية الاستهلاك الكبير للطاقة.
وتؤدي المحفّزات دور "الوسيط" لتسهيل التفاعلات الكيميائية اللازمة لشطر جزئيات الماء، حسب تفاصيل التجربة اليابانية المنشورة في موقع إنترستنج إنجينير.
ولا يعدّ استعمال المحفزات في حدّ ذاتها ابتكارًا جديدًا، إذ كانت الأنواع ذات الخطوة الواحدة مألوفة سابقًا، لكنها لم تثبت فاعليتها في إنتاج الهيدروجين من الطاقة الشمسية.
أمّا التجربة اليابانية الجديدة، فاعتمدت على محفزات ضوئية ذات اتجاهين لجزئيات الماء (أحدهما يحفّز إنتاج الهيدروجين، والثاني الأكسجين).
تقنية مثالية رغم التحديات
يعدّ إنتاج الهيدروجين بالمحفزات الضوئية تقنية مثالية رغم التحديات، حسب وصف المؤلف الرئيس للدراسة بجامعة شينشو اليابانية، البروفيسور كازوناري دومين.
وبحسب دومين، يرجع ذلك إلى استعمال أشعة الشمس في تقسيم جزئيات المياه، وتخزين الحرارة وتحويلها إلى طاقة كيميائية.
ويقف حجم الاستهلاك الكبير للطاقة عائقًا أمام توسعة نطاق استعمال المحفزات الضوئية في إنتاج الهيدروجين.
ولفت الشريك في الدراسة اليابانية، تاكاشي هيساتومي، إلى تحدٍّ آخر يتمثل في تعذُّر إنتاج الهيدروجين بالمحفزات الضوئية ليلًا، لغياب الطاقة الشمسية أو التقلبات الجوية، ما يجعل عملية الإنتاج عرضة للمتغيرات.
وناقشت الدراسة اليابانية حلًا لهذا التحدي، عبر "تخزين" الطاقة الشمسية والضوء في صورة "طاقة كيمائية" أو "حرارة"، أو أيّ صورة أخرى يمكن استعمالها بحرّية دون قيود مكانية أو زمانية.
وطبّق الباحثون المفاهيم المستحدثة للتجربة طوال 3 سنوات على مختبر بمساحة 100 متر مربع، وبرهن على ما توصلوا إليه من جدوى للمحفزات الضوئية وضوء الشمس الفعلي، بما يفوق المحفزات المصنعة داخل المختبر.
كفاءة أعلى بمرة ونصف
ساعد إجراء عملية شطر الجزئيات تحت ضوء الشمس في تحقيق كفاءة أعلى بمرّة ونصف، مع إنتاج الهيدروجين بالمحفزات الضوئية التي تتفاعل مع الأشعة فوق البنفسجية.
وبذلك، يمكن توقُّع أن تكون عملية إنتاج الهيدروجين بالمحفزات الضوئية أعلى كفاءة في المناطق التي تعتمد على ضوء شمس ذي أطوال موجية أقصر.
ورجّح العلماء المشاركون أن يدور معدل الكفاءة حاليًا في نطاق 1%، ووجدوا أن الوصول إلى كفاءة 5% يتطلب تطويرًا إضافيًا للمحفزات الضوئية وتجربتها في مختبرات أكبر حجمًا.
وتوصي الدراسة اليابانية بالتركيز مستقبلًا بصورة أكبر على استعمال المحفزات الضوئية في تحويل الطاقة الشمسية إلى صور الطاقة الكيميائية.
وقد يؤدي تطوير هذه التقنية إلى الوصول لحالة من اليقين بشأن التوسع في: إنتاج الهيدروجين، وعمليات فصل الغاز، وبناء المحطات بنطاق واسع، ما يؤثّر في صنّاع السياسات وخطط تطوير البنية التحتية والتشريعية.
موضوعات متعلقة..
اقرأ أيضًا..
المصادر:
- تطوير علماء يابانيون لإنتاج الهيدروجين بالمحفزات الضوئية، من إنترستنج إنجينيرينغ.
