ضوء الشمس... مصدر لإنتاج الهيدروجين

ماجد الخطيب:&ونجح فريق من العلماء الدوليين في التغلب على مشكلتين تتمثلان في قدرة الخلايا على استغلال ضوء الشمس، وقدرتها على حفظ الطاقة التي تنتجها، وبكلفة أرخص من كلفة الطرق التقليدية، حين انتجوا الطاقة بكميات كبيرة عن طريق كسب الهيدروجين من ضوء الشمس. وهكذا، تتمكن الخلايا الشمسية من إنتاج الطاقة الكهربائية من ضوء الشمس، وحفظ الجزء الزائد منها كهيدروجين.&

&

كتب فريق العلماء في مجلة "ساينس" أن الطريقة الجديدة تتفوق على الطرق السائدة كونها تستخدم مواد رخيصة ومتوفرة في الطبيعة. والمعروف أن صناعة ألواح الخلايا الشمسية تعتمد إلى حد كبير على مركبات السيليكون، في حين تعتمد صناعة الأقطاب الكهربائية على البلاتين. ومعروف أن تقنيات الطاقة الشمسية تكتسب مستقبلًا أفضل، في حالة تطويرها، من بقية تقنيات الطاقة البديلة مثل الرياح وحرارة جوف الأرض، لأنها تعتمد على مصدر طاقة كبير يمكن أن يستمر لمليارات السنين (الشمس). عدا عن ذلك، فالتقنية رحيمة بالبيئة لا تطلق غازات سامة، ولا تخلف مواد يصعب تدويرها.

&

الباحث جنغشان لو وزملاؤه، من جامعة لوزان التقنية، استخدموا ضوء الشمس في تجزئة الماء إلى عناصره الطبيعية، واستطاعوا بذلك، وباستخدام مواد بسيطة، إنتاج الهيدروجين بوفرة. ومعروف أن الهيدروجين من مصادر الطاقة البديلة الواعدة التي يركز العلماء من كافة أرجاء العالم عملهم على تطويرها.

&

جرب جنغشان لو وزملاؤه العديد من المواد في تجاربهم المختبرية، وكتبوا في المجلة العلمية المذكورة أنهم حققوا أفضل فعالية في انتاج الهديروجين من ضوء الشمس باستخدام مادة بيروفسكيت المعدنية، كمادة لإنتاج خلايا السولار، وباستخدام مزيج من النيكل والحديد في صناعة الأقطاب الكهربائية. وهكذا، ارتفعت فعالية الخلايا إلى درجة استغلال 12,3% من ضوء الشمس الساقط عليها في إنتاج الطاقة. واعتبر العلماء هذه النسبة رقمًا قياسيًا جديدًا في مجال إنتاج الهديروجين من الطاقة الشمسية.

وأوضح لو أن مواد البيروفسكيت والحديد والنيكل، المستخدمة في الطريقة، متوفرة طبيعيًا على الأرض وبأسعار زهيدة. كما يمكن للحديد والنيكل الرخيصين أن يحلا في صناعة الأقطاب الكهربائية محل البلاتين الغالي. هذا يعني أن خلايا السولار التي تنتج الطاقة من ضوء الشمس ستتحول لإنتاج الهيدروجين عند حلول الليل أو غياب الشمس لأسباب تتعلق بالطقس.

والبيروفسكيت معدن بلوري ذو تركيبة جزيئية مناسبة بشكل مثالي لتحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية. ودخلت المادة بقوة، في مختلف مختبرات العالم، في صناعة خلايا السولار بالنظر لقدرتها العالية على امتصاص ضوء الشمس وتحويله إلى طاقة. وخلال خمس سنوات فقط تضاعفت كفاءة طاقة الخلايا الشمسة المصنوعة من بيروفسكيت من 3,8 إلى 20 بالمئة، أي انها تضاعفت خمس مرات مقارنة بتلك المصنوعه من السليكون، والتي استغرقت ثلاثة عقود لتصل إلى الكفاءة نفسها.

&

واعتبر لو البيروفسكيت سر النجاح الذي حققوه في إنتاج الهيدروجين من ضوء الشمس. فخلية شمسية واحدة تصنع من بيروفسكيت قادرة على انتاج تيار كهربائي بقوة فولت واحد، في حين أن أفضل خلية تصنع من السيليكون تنتج تيارًا بقوة0,70 فولت. ولما كان شطر الماء إلى هديروجين وأوكسجين يتطلب تيارًا قوته 1,72 فولت في الأقل، فهذا يعني أن كل خلية بيروفسكيت ستعادل ثلاث خلايا سولار سيليكونية عند استخدامها في هذه الطريقة.

&

وكان العلماء ينظرون بايجابية إلى المزج بين انتاج الطاقة من الخلايا الضوئية ونتاج الهيدروجين من الخلايا نفسها، إلا أن كلفة الإنتاج العالية كانت تبعدهم عن تركيز أبحاثهم على هذا المشروع. ويبدو أن طريقة جماعة علماء لوزان ستغير وجهة نظر العديد من العلماء المترددين.

&

من ناحية أخرى، لا يمكن فصل نجاح علماء لوزان عن نجاح العلماء الأميركيين قبل شهر في إنتاج بطارية تستخدم أقطابًا من النيكل. فقد توصل علماء من جامعة ستانفورد الاميركية إلى شطر الماء باستخدام كهربائية صغيرة يمكن أن توفرها بطارية صغيرة 1,5 فولت. وتتفوق الطريقة الجديدة على مثيلاتها الحديثات في أنها تستعيض بمركبات النيكل عن البلاتين الباهظ الثمن، المستخدم في الطرق السائدة.

وشارك في التجارب العالم السويسري ميشائيل غريتزل، الذي اشتهر بفضل خلية السولار التي اكتشفها، وأطلق عليها اسم خلية غريتزل.&

&