تطوير ألواح شمسية ذات كفاءة عالية لتوفير هيدروجين رخيص ومستدام

أكفأ بـ10 مرات من سابقاتها وتعدّ قفزة تكنولوجية كبيرة

تطوير ألواح شمسية ذات كفاءة عالية لتوفير هيدروجين رخيص ومستدام
TT

تطوير ألواح شمسية ذات كفاءة عالية لتوفير هيدروجين رخيص ومستدام

تطوير ألواح شمسية ذات كفاءة عالية لتوفير هيدروجين رخيص ومستدام

حقق نوع جديد من الألواح الشمسية تم تطويره بجامعة ميتشيغان كفاءة بنسبة 9 % في تحويل المياه إلى هيدروجين وأكسجين (محاكية خطوة حاسمة في عملية التمثيل الضوئي الطبيعي في الهواء الطلق) يمثل قفزة كبيرة في التكنولوجيا، ما يقرب من 10 مرات أكثر كفاءة من تجارب فصل المياه بالطاقة الشمسية من نوعها.
لكن الفائدة الأكبر هي خفض تكلفة الهيدروجين المستدام. إذ يتم تمكين ذلك عن طريق تقليص أشباه الموصلات، وعادةً ما يكون الجزء الأغلى في الجهاز؛ حيث تقاوم أشباه الموصلات ذاتية الشفاء الخاصة بالفريق ضوءًا مركّزًا يعادل 160 شمسًا.
وحاليًا، ينتج البشر الهيدروجين من ميثان الوقود الأحفوري باستخدام قدر كبير من الطاقة الأحفورية في هذه العملية. 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.
وفي توضيح أكثر لهذا الأمر، يقول الدكتور زيتيان مي أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات بجامعة U-M الذي قاد الدراسة «في النهاية، نعتقد أن أجهزة التمثيل الضوئي الصناعي ستكون أكثر فاعلية بكثير من التمثيل الضوئي الطبيعي، والتي ستوفر طريقًا نحو حيادية الكربون»، وفق ما نشرت مجلة «نيتشر» العلمية ونقلها موقع «phys.org» العلمي المتخصص.
ووفق الدكتور بينج زو زميل أبحاث U-M في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر المؤلف الأول للدراسة «النتيجة المتميزة تأتي من تقدمين؛ الأول هو القدرة على تركيز ضوء الشمس دون تدمير أشباه الموصلات التي تسخر الضوء... فلقد قللنا حجم أشباه الموصلات بأكثر من 100 مرة مقارنة ببعض أشباه الموصلات التي تعمل فقط في شدة الإضاءة المنخفضة. وان الهيدروجين الذي تنتجه تقنيتنا قد يكون رخيصًا للغاية... والثاني هو استخدام جزء الطاقة الأعلى من الطيف الشمسي لتقسيم الماء والجزء السفلي من الطيف لتوفير الحرارة التي تشجع التفاعل. حيث يتم تمكين هذا من خلال محفز أشباه الموصلات الذي يحسّن نفسه مع الاستخدام ويقاوم التدهور الذي تتعرض له هذه المحفزات عادةً عندما تسخر ضوء الشمس لتحريك التفاعلات الكيميائية... بالإضافة إلى التعامل مع شدة الإضاءة العالية، يمكن أن تعمل درجات الحرارة المرتفعة على تسريع عملية تقسيم الماء، كما تشجع الحرارة الزائدة على بقاء الهيدروجين والأكسجين منفصلين بدلاً من تجديد روابطهما وتشكيل الماء مرة أخرى. وكلاهما ساعد الفريق على حصاد المزيد من الهيدروجين».
أما بالنسبة للتجربة الخارجية، فقد قام زو بإعداد عدسة حول حجم نافذة المنزل لتركيز ضوء الشمس على لوحة تجريبية لا يتجاوز عرضها بضع بوصات. وداخل تلك اللوحة تمت تغطية محفز أشباه الموصلات بطبقة من الماء مع فقاعات مع غازي الهيدروجين والأكسجين التي انفصلت عنها. علما أن المحفز مصنوع من هياكل نانوية (نيتريد الغاليوم الإنديوم) نمت على سطح السيليكون، فيما تلتقط رقاقة أشباه الموصلات الضوء وتحوله إلى إلكترونات وثقوب حرة؛ وتتخلل الهياكل النانوية كرات معدنية نانوية قطرها 1/2000 جزء من المليمتر تستخدم تلك الإلكترونات والثقوب للمساعدة في توجيه التفاعل.
وفي الأخير تحافظ الطبقة العازلة البسيطة الموجودة أعلى اللوحة على درجة حرارة دافئة 75 درجة مئوية أو 167 درجة فهرنهايت دافئة بدرجة كافية للمساعدة في تشجيع التفاعل مع كونها باردة بدرجة كافية حتى يعمل محفز أشباه الموصلات بشكل جيد.
أما النسخة الخارجية من التجربة؛ فمع ضوء الشمس ودرجة الحرارة الأقل موثوقية حققت كفاءة بنسبة 6.1 % في تحويل الطاقة من الشمس إلى وقود هيدروجين. ومع ذلك، حقق النظام في الداخل كفاءة بنسبة 9 %.
وتتمثل التحديات التالية التي يعتزم الفريق معالجتها في زيادة تحسين الكفاءة وتحقيق الهيدروجين عالي النقاء الذي يمكن تغذيته مباشرة في خلايا الوقود.


مقالات ذات صلة

السعودية تنضم لمبادرة الشراكة الدولية لتعزيز اقتصاد الهيدروجين وخلايا الوقود

الاقتصاد مسؤولون بوزارة الطاقة السعودية بعد الإعلان عن الانضمام لمبادرة الشراكة الدولية لتعزيز اقتصاد الهيدروجين (وزارة الطاقة السعودية)

السعودية تنضم لمبادرة الشراكة الدولية لتعزيز اقتصاد الهيدروجين وخلايا الوقود

أعلنت وزارة الطاقة السعودية انضمام المملكة إلى مبادرة الشراكة الدولية لتعزيز اقتصاد الهيدروجين وخلايا الوقود، وذلك ضمن مساعي البلاد لدعم الجهود الدولية.

«الشرق الأوسط» (الرياض)
الاقتصاد منتجات تابعة لـ«أسمنت الجوف» (حساب الشركة على «إكس»)

«أسمنت الجوف» السعودية و«أنجي» الفرنسية لبناء محطة توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية 

وقّعت شركتا «أسمنت الجوف» السعودية و«أنجي» الفرنسية اتفاقية بناء محطة توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية في مدينة طريف (شمال المملكة)، وتشغيلها لمدة 25 سنة.

«الشرق الأوسط» (الرياض)
الاقتصاد مبنى «الشركة السعودية للكهرباء» (موقع الشركة)

«السعودية للكهرباء» توقع اتفاقيات شراء طاقة بـ4 مليارات دولار

وقّعت «الشركة السعودية للكهرباء» اتفاقيات شراء طاقة مع «الشركة السعودية لشراء الطاقة» (المشتري الرئيس)، بإجمالي 15 مليار ريال (4 مليارات دولار).

«الشرق الأوسط» (الرياض)
الاقتصاد جناح «طاقة» في معرض «ويتيكس 2024» (منصة إكس)

تحالف يضم «طاقة» الإماراتية يبرم اتفاقيتين لبيع 3.6 غيغاواط من الكهرباء إلى السعودية

وقّع تحالف شركة «أبوظبي الوطنية للطاقة» (طاقة) اتفاقيتين لبيع الكهرباء لمدة 25 عاماً مع الشركة «السعودية لشراء الطاقة» الحكومية.

«الشرق الأوسط» (أبوظبي)
الاقتصاد شعار «أكوا باور» السعودية (موقع الشركة الإلكتروني)

«أكوا باور» السعودية توقع اتفاقيات شراء طاقة بـ4 مليارات دولار

أعلنت «أكوا باور» توقيع اتفاقيات شراء طاقة مع «الشركة السعودية لشراء الطاقة»، بقيمة 15 مليار ريال (4 مليارات دولار)، لمشروعيْ محطتين غازيتين.

«الشرق الأوسط» (الرياض)

العلاج لا يصل لـ91 % من مرضى الاكتئاب عالمياً

الاكتئاب يُعد أحد أكثر الاضطرابات النفسية شيوعاً على مستوى العالم (جامعة أوكسفورد)
الاكتئاب يُعد أحد أكثر الاضطرابات النفسية شيوعاً على مستوى العالم (جامعة أوكسفورد)
TT

العلاج لا يصل لـ91 % من مرضى الاكتئاب عالمياً

الاكتئاب يُعد أحد أكثر الاضطرابات النفسية شيوعاً على مستوى العالم (جامعة أوكسفورد)
الاكتئاب يُعد أحد أكثر الاضطرابات النفسية شيوعاً على مستوى العالم (جامعة أوكسفورد)

كشفت دراسة دولية أن 91 في المائة من المصابين باضطرابات الاكتئاب في جميع أنحاء العالم لا يحصلون على العلاج الكافي.

وأظهرت الدراسة، التي قادها فريق من جامعة كوينزلاند في أستراليا، ونُشرت نتائجها، الجمعة، في دورية «The Lancet Psychiatry»، أن كثيرين من المصابين بالاكتئاب لا يتلقون العناية اللازمة، ما يزيد من معاناتهم ويؤثر سلباً على جودة حياتهم.

ووفقاً لمنظمة الصحة العالمية، يعاني أكثر من 300 مليون شخص الاكتئاب، مما يجعله السبب الرئيسي للإعاقة عالمياً. وتشير التقديرات إلى أن 5 في المائة من البالغين يعانون هذا المرض. وضمّت الدراسة فريقاً من الباحثين من منظمة الصحة العالمية وجامعتيْ واشنطن وهارفارد بالولايات المتحدة، وشملت تحليل بيانات من 204 دول؛ لتقييم إمكانية الحصول على الرعاية الصحية النفسية.

وأظهرت النتائج أن 9 في المائة فقط من المصابين بالاكتئاب الشديد تلقّوا العلاج الكافي على مستوى العالم. كما وجدت الدراسة فجوة صغيرة بين الجنسين، حيث كان النساء أكثر حصولاً على العلاج بنسبة 10.2 في المائة، مقارنة بــ7.2 في المائة للرجال. ويُعرَّف العلاج الكافي بأنه تناول الدواء لمدة شهر على الأقل، إلى جانب 4 زيارات للطبيب، أو 8 جلسات مع متخصص.

كما أظهرت الدراسة أن نسبة العلاج الكافي في 90 دولة كانت أقل من 5 في المائة، مع تسجيل أدنى المعدلات في منطقة جنوب الصحراء الكبرى بأفريقيا بنسبة 2 في المائة.

وفي أستراليا، أظهرت النتائج أن 70 في المائة من المصابين بالاكتئاب الشديد لم يتلقوا الحد الأدنى من العلاج، حيث حصل 30 في المائة فقط على العلاج الكافي خلال عام 2021.

وأشار الباحثون إلى أن كثيرين من المرضى يحتاجون إلى علاج يفوق الحد الأدنى لتخفيف معاناتهم، مؤكدين أن العلاجات الفعّالة متوفرة، ومع تقديم العلاج المناسب يمكن تحقيق الشفاء التام. وشدد الفريق على أهمية هذه النتائج لدعم خطة العمل الشاملة للصحة النفسية، التابعة لمنظمة الصحة العالمية (2013-2030)، التي تهدف إلى زيادة تغطية خدمات الصحة النفسية بنسبة 50 في المائة على الأقل، بحلول عام 2030. ونوه الباحثون بأن تحديد المناطق والفئات السكانية ذات معدلات علاج أقل، يمكن أن يساعد في وضع أولويات التدخل وتخصيص الموارد بشكل أفضل.

يشار إلى أن الاكتئاب يُعد أحد أكثر الاضطرابات النفسية شيوعاً على مستوى العالم، حيث يؤثر على ملايين الأشخاص من مختلف الأعمار والفئات الاجتماعية، ويرتبط بشكل مباشر بمشاعر الحزن العميق، وفقدان الاهتمام بالنشاطات اليومية، مما يؤثر سلباً على الأداء الوظيفي والعلاقات الاجتماعية.