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

تكاليف المشاريع تخفّض أرباح «أكوا باور» السعودية 17% في الربع الثالث

الاقتصاد مقر «أكوا باور» الرئيسي في الرياض (موقع الشركة الإلكتروني)

تكاليف المشاريع تخفّض أرباح «أكوا باور» السعودية 17% في الربع الثالث

تراجعت أرباح «أكوا باور» السعودية، التي تعمل في مجال توليد الكهرباء وتحلية المياه والطاقة المتجددة، بنسبة 17.5 في المائة، بالربع الثالث من العام الحالي.

«الشرق الأوسط» (الرياض)
الاقتصاد خلال توقيع مذكرة التفاهم بين «السيادي» السعودي و«سلطة النقد في هونغ كونغ»... (صندوق الاستثمارات العامة)

«السيادي السعودي» و«سلطة هونغ كونغ» ينشآن صندوقاً استثمارياً مشتركاً بمليار دولار

من المتوقع أن يستثمر «صندوق الاستثمارات العامة» السعودي، و«سلطة النقد في هونغ كونغ»، بشكل مشترك في إنشاء صندوق استثماري جديد تصل قيمته إلى مليار دولار.

«الشرق الأوسط» (الرياض)
الاقتصاد خلال حفل التوقيع بين «أرامكو السعودية» و«طيران الرياض» (البيان المشترك)

«أرامكو» و«طيران الرياض» لتعاون محتمل في إمدادات الوقود منخفض الكربون والاستدامة

وقّعت «أرامكو السعودية» وشركة «طيران الرياض» مذكرة تفاهم تمهّد الطريق لتعاون محتمل في مجالات متعددة، مثل إمدادات الوقود منخفض الكربون والاستدامة.

«الشرق الأوسط» (الرياض)
الاقتصاد وزير الاقتصاد والتخطيط السعودي فيصل الإبراهيم (الشرق الأوسط)

الإبراهيم: الأنشطة غير النفطية باتت تشكل 53 % من الناتج المحلي السعودي

قال وزير الاقتصاد والتخطيط السعودي، فيصل الإبراهيم، إن الاستثمارات الخاصة في القطاع غير النفطي ازدادت بنسبة 70 في المائة.

«الشرق الأوسط» (الرياض)
الاقتصاد جلسة حوارية خلال مؤتمر «مبادرة مستقبل الاستثمار» في الرياض (الشرق الأوسط)

«أرامكو»: نتوقع نمو الطلب العالمي على الطاقة مع انضمام ملياري مستهلك

توقّع النائب التنفيذي للرئيس للاستراتيجية والتطوير المؤسسي في شركة «أرامكو»‬ السعودية، أشرف الغزاوي، أن يتضاعف حجم الاقتصاد العالمي في المستقبل.

«الشرق الأوسط» (الرياض)

البروفسور ناصر الرباط يفوز بجائزة مسابقة عبد الله المبارك الصباح

الشيخ مبارك العبد الله الصباح يسلم الجائزة للبروفسور ناصر الرباط وتبدو رئيسة لجنة التحكيم فرنسيس غي عن يمين الصورة (خاص)
الشيخ مبارك العبد الله الصباح يسلم الجائزة للبروفسور ناصر الرباط وتبدو رئيسة لجنة التحكيم فرنسيس غي عن يمين الصورة (خاص)
TT

البروفسور ناصر الرباط يفوز بجائزة مسابقة عبد الله المبارك الصباح

الشيخ مبارك العبد الله الصباح يسلم الجائزة للبروفسور ناصر الرباط وتبدو رئيسة لجنة التحكيم فرنسيس غي عن يمين الصورة (خاص)
الشيخ مبارك العبد الله الصباح يسلم الجائزة للبروفسور ناصر الرباط وتبدو رئيسة لجنة التحكيم فرنسيس غي عن يمين الصورة (خاص)

أقامت جمعية الصداقة الكويتية – البريطانية، مساء الأربعاء 6 نوفمبر (تشرين الثاني)، حفلها السادس والعشرين لإعلان جوائز مسابقة عبد الله المبارك الصباح لأفضل الكتب الصادرة بالإنجليزية عن الشرق الأوسط، وذلك برعاية مبرة عبد الله المبارك الصباح، وسفارة دولة الكويت في لندن.

وأكد ممثل المبرة الشيخ مبارك العبد الله الصباح على أهمية الجائزة في دعم الثقافة والتعريف بمنطقة الشرق الأوسط بشكل خاص والعالم الإسلامي بشكل عام، حيث تمنح للباحثين في مختلف التخصصات.

وتتزامن جائزة هذا العام مع الاحتفال بمرور 125 عاماً على الشراكة الكويتية - البريطانية الاستراتيجية التي تشمل التعاون في المجالات الأمنية والتجارية والثقافية والعلمية.

وإيماناً بأهمية إثراء شريحة القراء الأجانب بتاريخ العالم العربي والإسلامي، فقد تم الإعلان عن مضاعفة قيمة الجائزة. وفاز بالجائزة الأولى البروفسور ناصر الرباط أستاذ العمارة الإسلامية في الولايات المتحدة عن كتابه Writing Egypt، الذي يتناول فيه المشروع التاريخي للمؤرخ المصري تقي الدين المقريزي.

وحضر الحفل نخبة من كبار الأكاديميين المتخصصين في الدراسات الإسلامية الشرق أوسطية ومثقفين وإعلاميين عرب وبريطانيين.