سولارابيك، كندا- 27 أبريل 2025: طور باحثون في جامعة ألبرتا الكندية طريقة مبتكرة واعدة لتقسيم الماء وإنتاج الهيدروجين بكفاءة عالية وتكلفة منخفضة، معتمدين بشكل مباشر على ضوء الشمس ومادة اليوريا الشائعة والأسلاك النانوية، مما قد يمثل نقلة نوعية في توفير وقود نظيف ومستدام وعالي الكثافة الطاقية للمستقبل. يعد هذا الاكتشاف خطوة مهمة نحو بديل عملي للوقود الأحفوري يتجاوز تحديات الكفاءة والتكلفة التي تواجه الطرق الحالية لإنتاج الهيدروجين الأخضر.
آلية مبتكرة تعتمد على اليوريا وثاني أكسيد التيتانيوم
تعتمد التقنية الجديدة، التي قاد الفريق البحثي فيها البروفيسور كارثيك شانكار، على استخدام مادة اليوريا الرخيصة والمتوفرة (المستخدمة بكثرة في الأسمدة والموجودة طبيعياً في البول) وتحويلها بالحرارة إلى مادة “نيتريد الكربون” عبر عملية تُعرف بـ “بلمرة التكثيف الحراري”. يتميز نيتريد الكربون بقدرته العالية على امتصاص ضوء الشمس، مما يؤدي إلى إثارة إلكتروناته وتحريرها، تاركةً وراءها ما يُعرف فيزيائياً بـ “الثقوب” ولضمان عدم إعادة اتحاد هذه الإلكترونات والثقوب بسرعة، يُضاف مسحوق “ثاني أوكسيد التيتانيوم” (TiO2)، وهو مادة رخيصة أخرى، ليشكل وصلة مع نيتريد الكربون، تعمل على إبقاء الإلكترونات والثقوب منفصلة لفترة كافية. تتفاعل الإلكترونات الحرة بعد ذلك مع بروتونات الماء لإنتاج غاز الهيدروجين (H2)، بينما تتفاعل الثقوب مع أيونات الهيدروكسيل (-OH) في الماء لإنتاج غاز الأكسجين (O2).
كفاءة أعلى وتكاليف أقل حتى في الأيام الغائمة
تتفوق هذه الطريقة، وفقًا للباحثين، على عملية التحليل الكهربائي التقليدية المعتمدة على الألواح الشمسية، والتي تتضمن تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء ثم استخدامها لتقسيم الماء، مما ينطوي على فقدان كبير للطاقة. وأوضح شانكار أن “استخدام ضوء الشمس مباشرة لتوليد الهيدروجين هو أعلى كفاءة بكثير”. ومن المزايا الهامة للتقنية الجديدة استخدام “أسلاك نانوية” قادرة على التقاط ضوء الشمس بكفاءة حتى في الأيام الملبدة بالغيوم ومن زوايا متعددة، مما يعزز من استمرارية الإنتاج. كما يلغي النظام الحاجة لبطاريات تخزين كبيرة ومكلفة، حيث أن غاز الهيدروجين المنتج يعمل بحد ذاته كوسيط لتخزين الطاقة ونقلها. ويُضاف إلى ذلك أن العملية تعد نظرياً أكثر صداقة للبيئة مقارنة بعمليات تصنيع الألواح الشمسية كثيفة الاستهلاك للطاقة والملوثة، نظراً لاعتمادها على مواد وفيرة ومنخفضة التكلفة لا تتطلب معالجة حرارية شديدة أو تسبب تلوثاً كبيراً. ويتوقع الفريق البحثي إمكانية التوسع في تطبيق هذه التقنية الواعدة تجارياً في غضون ثلاث إلى خمس سنوات.
تابعونا على لينكيد إن Linked–in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: interesting engineering
