اكتشف باحثون أميركيون أنّ رماد قش الأرزّ الناتج عن حرق القشّ الصلب الذي يغلّف حبوبه يحتوي على نوع من الكربون الصلب يمكن أن يضاعف تقريباً كثافة الطاقة في بطاريات الليثيوم أيون والصوديوم أيون.
وأوضح الباحثون من جامعة «ميشيغان»، أنّ الدراسة تمثّل خطوة مهمّة نحو تطوير بطاريات أكثر كفاءة وصديقة للبيئة؛ مما يعزّز قدرة العالم على مواجهة تحدّيات الطاقة المستقبلية، وفق النتائج المنشورة، الخميس، في دورية «Advanced Sustainable Systems».
وقش الأرز أحد المخلفات الزراعية الناتجة عن زراعة الأرزّ، إذ يمثّل الطبقة الخارجية الصلبة التي تغلف حبّته. وعلى الرغم من أنّ معظم هذا القش ينتهي في مكبات النفايات، فإنّ حرقه يمكن أن يوفر مصدراً محايداً للكربون لإنتاج الكهرباء. على سبيل المثال، تنتج شركة في وادي ساكرامنتو بكاليفورنيا نحو 200 ألف ميغاواط/ساعة من الكهرباء سنوياً عن طريق حرق قش الأرزّ، وهو ما يكفي لتزويد نحو 22 ألف منزل بالطاقة.
وأفاد الباحثون بأنّ هذا الاكتشاف يُعدّ أول دليل على إنتاج الكربون الصلب عبر عملية الاحتراق، وهو ما يناقض الفرضية السابقة التي رأت أنّ الكربون الصلب لا يمكن إنتاجه إلا بتسخين المخلفات الزراعية إلى حرارة عالية تصل إلى 1200 درجة مئوية في بيئة خالية من الأكسجين.
ويحتوي رماد قش الأرزّ على نحو 90 في المائة من السيليكا، و10 في المائة من الكربون. ويمكن استخدام السيليكا المستخلصة لإنتاج السيليكون النقي المستخدم في الخلايا الشمسية وأشباه الموصلات. أما الكربون المتبقي فقد كشفت التحليلات عن أنه يحتوي على أجزاء صغيرة من الغرافيت.
وعندما اختبر الباحثون خصائص الكربون الصلب المستخرج من رماد قش الأرزّ، تفوّق على الكربون الصلب التجاري والغرافيت كأنود (القطب السالب) في بطاريات الليثيوم أيون.
وأظهرت النتائج أنّ غراماً واحداً من الكربون الصلب المستخرج من الرماد يمكن أن يخزّن أكثر من 700 مللي أمبير/ساعة، مقارنة بـ500 مللي أمبير/ساعة للكربون الصلب التجاري، و370 مللي أمبير/ساعة للغرافيت.
ووفق الباحثين، توفّر هذه التقنية حلاً صديقاً للبيئة مقارنةً بطرق إنتاج الغرافيت الحالية التي تنبعث منها كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون. بالإضافة إلى ذلك، فإنّ حرق قش الأرزّ يولّد كهرباء خضراء، إذ يُعدّ الكربون المنبعث من العملية محايداً؛ لأنه يعادل الكربون الذي امتصته نباتات الأرزّ في أثناء عملية البناء الضوئي.
وفي الولايات المتحدة، يُنتَج نحو 20 مليار رطل من الأرز سنوياً؛ مما يوفّر فرصة لتوسيع استخدام رماد قش الأرزّ بوصفه مصدراً للكربون الصلب. يمكن أيضاً استخدام السيليكا الناتجة عن الرماد لإنتاج السيليكون عالي النقاء في الخلايا الشمسية وأشباه الموصلات.
ويسهم الاكتشاف في تلبية الطلب المتزايد على البطاريات في السيارات الكهربائية والطاقة المتجددة مع تقليل التكاليف والانبعاثات. وقد حصل الفريق على براءة اختراع ويبحث عن شركاء تجاريين لتطوير التكنولوجيا.
