طور باحثون في جامعة كورنيل الأميركية جهازاً رائداً، يعتمد على اثنين من أكثر موارد الأرض وفرة: ضوء الشمس ومياه البحر، لإنتاج الهيدروجين الأخضر الخالي من الكربون، ومياه شرب نظيفة في الوقت نفسه.
تقطير شمسي هجين
وتبلغ أبعاد هذا الاختراع الصغير، hybrid solar distillation-water electrolysis system المعروف باسم «نظام التقطير الشمسي الهجين والتحليل الكهربائي للمياه» 10 × 10 سنتيمترات فقط، وقد يكون له تأثير كبير على مستقبل الطاقة المستدامة والوصول إلى المياه.
في العادة، يتطلب إنتاج الهيدروجين الأخضر تحليل المياه النقية إلى هيدروجين وأكسجين، من خلال عملية التحليل الكهربائي، وهي عملية تحتاج إلى كميات هائلة من المياه النظيفة، وغالباً ما تستهلك الطاقة بكثافة، مع ارتفاع تكلفتها.
توظيف حرارة الألواح الشمسية المهدورة
في المقابل، يحول الجهاز القيود المرتبطة بالألواح الشمسية، وتحديداً كفاءتها المنخفضة، إلى ميزة. فالمعروف أن معظم الألواح الكهروضوئية تحول نحو 30 في المائة فقط من طاقة الشمس إلى كهرباء، بينما يجري فقدان الباقي في صورة حرارة. وهنا، يظهر الجهاز الجديد الذي يلتقط هذه الحرارة المهدرة، باستخدام فتيل شعري يحمل طبقة رقيقة من مياه البحر مباشرةً على اللوح الشمسي. وتتولى الحرارة تبخير مياه البحر، مخلفة وراءها الأملاح ومنتجة بخار ماء نقي. ويجري تكثيف هذا البخار بوقت لاحق، ثم يُغذّى إلى جهاز التحليل الكهربائي، حيث يجري تحليله إلى هيدروجين وأكسجين، باستخدام الكهرباء الناتجة من نفس اللوح الشمسي.
ويلغي هذا النهج المتكامل الحاجة إلى مصادر مياه نظيفة خارجية، ويستغل الطاقة الحرارية والكهربائية والكيميائية كلها في آن واحد. من ناحية أخرى، لا يولد الجهاز وقود الهيدروجين الأخضر فقط، بل يوفر كذلك مياه صالحة للشرب ـ مما يحل مشكلتين عالميتين في الوقت ذاته: إنتاج الطاقة المستدامة وتوفير مياه نظيفة صالحة للشرب.
خفض تكلفة الإنتاج
وحسب لينان زانغ، أستاذ مساعد في كلية سيبلي للهندسة الميكانيكية وهندسة الطيران بجامعة كورنيل وقائد المشروع، كان التصميم معقداً من الناحية الفنية، بسبب الترابط الوثيق بين العمليات، لكنه حقق طفرة من خلال استخدام الموارد المتاحة بكفاءة أعلى.
وعبَّر زانغ عن اعتقاده بأنه مع الانتشار الواسع والتطوير المستمر، يمكن أن يؤدي هذا الجهاز إلى خفض تكلفة إنتاج الهيدروجين إلى دولار واحد فقط لكل كيلوغرام خلال الأعوام الـ15 القادمة. وبالإضافة إلى توليد الهيدروجين والمياه، قد يخدم النظام غرضاً آخر، وهو تبريد الألواح الشمسية داخل منشآت الطاقة الشمسية الكبرى ـ الأمر الذي يحسن من كفاءتها ويطيل عمرها.
وفي ظل تزايد الطلب العالمي على الطاقة النظيفة والمياه، قد يمهد هذا الابتكار من كورنيل الطريق أمام حلول قابلة للتوسيع وصديقة للبيئة تعتمد كلياً على الطبيعة.
