سولارابيك – 28 ديسمبر 2025: كشف فريق من الباحثين عن مقاربة تقنية جديدة تحاكي عملية التركيب الضوئي، تتيح تخزين ضوء الشمس أولاً ثم إنتاج الهيدروجين لاحقاً في ظلام دامس، معالجةً بذلك واحدة من أكبر معضلات الطاقة المتجددة المتمثلة في تكلفة النقل وعدم استقرار الإمداد. ويقدم هذا الابتكار، حلاً جذرياً لنقل الطاقة من المناطق المشمسة إلى الأقاليم ذات الإضاءة المحدودة دون الحاجة إلى أسلاك أو بطاريات أو شبكات كهربائية معقدة، إذ نجح النظام في تجاوز الحاجز التقني المتمثل في إطلاق الهيدروجين دون أي تدخل كهربائي خارجي وباعتماد كلي على مواد كيميائية بسيطة ومتوفرة تجارياً.
كيمياء ذكية تحول الضوء إلى إلكترونات مخزنة
يعتمد النظام التقني المطور على مادتين كيميائيتين زهيدتي الثمن، الأولى هي “نيتريد الكربون الجرافيتي” الذي يعمل كمحفز ضوئي لامتصاص الضوء المرئي، والثانية هي “ميتاتنغستات الأمونيوم” التي تتكون من عناقيد ذرات التنغستن والأوكسجين وتعمل كبطارية مجهرية قابلة للشحن لاستقبال الإلكترونات. وتحدث هذه العملية داخل وسط مائي مضاف إليه كمية ضئيلة من الميثانول، إذ يلعب الأخير دوراً محورياً في امتصاص الشحنات الموجبة الناتجة عن اصطدام الضوء بنيتريد الكربون، مما يحمي الإلكترونات من الفناء السريع ويسمح بتخزينها. وعند تسليط الضوء الأزرق، تولد المادة أزواجاً من الإلكترونات والفجوات، لتقفز الإلكترونات نحو عناقيد التنغستن مغيرةً لون المحلول من الأصفر الشاحب إلى الأزرق الداكن، وهو مؤشر كيميائي دقيق على اختزال ذرات التنغستن من حالة الشحنة (+6) إلى (+5). كما أنه يتميز بفعالية عالية ناتجة عن التجاذب الكهروستاتيكي بين سطح نيتريد الكربون الموجب وعناقيد التنغستن السالبة في الظروف الحمضية، بالإضافة إلى ذلك، تتوافق مستويات الطاقة بين المادتين بشكل طبيعي يسمح بتدفق الإلكترونات بانسيابية دون الحاجة لضغط خارجي.
أداء قياسي في إنتاج الوقود داخل الغرف المظلمة
تستقر الطاقة المخزنة داخل السائل دون أن تتبدد بمجرد إطفاء مصدر الضوء، حيث استطاع الباحثون استعادة هذه الطاقة عبر إضافة محفز “البلاتين على الكربون” الذي يوفر مواقع نشطة لاتحاد الإلكترونات المخزنة مع بروتونات الماء لتوليد غاز الهيدروجين. وسجل النظام نتائج مخبرية مذهلة، إذ أنتج 13.5 ميكرومول من الهيدروجين بعد ساعة واحدة من الظلام، في حين أنه حقق ذروة إنتاج بلغت 3,220 ميكرومول لكل غرام في الساعة، وهي الكفاءة الأعلى المسجلة عالمياً لأنظمة التحفيز الضوئي المظلم. من ناحية أخرى، أثبتت الاختبارات الخارجية تحت أشعة الشمس الحقيقية قدرة النظام على توليد 954 ميكرومول لكل غرام في الساعة في الظلام الدامس، في حين أكدت قياسات الانبعاث الضوئي والمغناطيسية والمطيافية المتقدمة أن ذرات التنغستن تلتقط الإلكترونات وتخزنها بكفاءة تامة لاستخدامها عند الطلب.
آفاق نقل الطاقة العابر للحدود وتحديات الاستدامة
وصف مؤلفو الدراسة هذا الابتكار بأنه يظهر كفاءة ملحوظة في تخزين الطاقة الشمسية على هيئة إلكترونات، مما يفتح الباب أمام شحن الطاقة كـ “سائل” من المناطق الغنية بالشمس إلى المناطق المظلمة وتحويلها لوقود في الوقت والمكان المناسبين تماماً. وتسمح هذه التقنية بالاستغناء عن صهاريج الضغط العالي أو أنظمة التبريد الفائق المطلوبة عادةً لتخزين الهيدروجين، وبالإضافة إلى ذلك، فإنها تفصل بين مراحل التقاط الطاقة وإنتاجها زمنياً ومكانياً. وبالرغم من هذه النتائج الواعدة، لا يزال النظام يواجه بعض القيود التقنية، حيث إنه يعتمد حالياً على الميثانول كعامل مساعد بدلاً من الماء النقي، كما أنه لم يتم إثبات استقرار التخزين لأسابيع طويلة خارج إطار الساعات المختبرية، وهو ما تهدف الأبحاث المستقبلية لمعالجته لتحويل هذا المفهوم إلى تكنولوجيا تجارية قابلة للتطبيق الواقعي.
تابعونا على لينكيد إن Linked–in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: interesting engineering
