سولارابيك، اليابان – 11 أغسطس 2025: حقق فريق من الباحثين في جامعة كيوشو اليابانية إنجازًا علميًا فارقًا قد يسرّع من التحول العالمي نحو اقتصاد الهيدروجين، وذلك بتطويرهم نوعًا جديدًا من خلايا وقود الأوكسيد (SOFC) الصلبة يتغلب على عقبتها الكبرى المتمثلة في التكلفة الباهظة. يكمن جوهر هذا الاختراق في ابتكار خلية وقود تعمل عند درجة حرارة 300 درجة مئوية فقط، وهو انخفاض هائل مقارنة بالجيل الحالي الذي يتطلب حرارة تشغيل تتراوح بين 700 و800 درجة مئوية. ويفتح هذا التطور الباب واسعًا أمام تصنيع أنظمة طاقة هيدروجينية منخفضة التكلفة وأكثر عملية، مما يجعلها في متناول التطبيقات الاستهلاكية والصناعية على نطاق أوسع.
حل معضلة الحرارة والتكلفة
عالج هذا البحث تحديًا طويل الأمد كان يعيق انتشار خلايا وقود الأوكسيد الصلبة رغم كفاءتها العالية وعمرها التشغيلي الطويل. فقد كانت درجات الحرارة المرتفعة تفرض استخدام مواد سيراميكية متخصصة ومكلفة ومقاومة للحرارة، مما يرفع تكلفة التصنيع بشكل كبير. ويشير البروفيسور يوشيهيرو يامازاكي، قائد الدراسة، إلى أن خفض حرارة التشغيل إلى 300 درجة مئوية “سيقلل تكاليف المواد بشكل حاد ويفتح الباب أمام أنظمة على المستوى الاستهلاكي”. وبهذا تتحول هذه التقنية الواعدة من كونها حلًا متخصصًا ومكلفًا إلى خيار عملي وواقعي لتوليد الطاقة النظيفة.
هندسة الكهرليت.. سر النجاح
يكمن نجاح الفريق الياباني في إعادة هندسة المكون المركزي لخلية الوقود، وهو “الكهرليت”، الطبقة السيراميكية المسؤولة عن نقل البروتونات (أيونات الهيدروجين) لتوليد الكهرباء. توصل الباحثون إلى حل لمفارقة علمية قديمة، حيث كانت زيادة “الشوائب” الكيميائية لرفع عدد البروتونات تؤدي إلى إعاقة حركتها داخل الشبكة البلورية للمادة. وجد الفريق الحل عبر إشابة مركبين هما ستانات الباريوم (BaSnO3) وتيتانات الباريوم (BaTiO3) بتركيزات عالية من عنصر السكانديوم (Sc). أدت هذه العملية إلى تشكيل بنية فريدة أطلق عليها الباحثون اسم “مسار ScO6 السريع”. يوفر هذا المسار ممرًا واسعًا ويهتز بلطف، مما يمنع ظاهرة “احتجاز البروتونات” ويسمح لها بالتدفق بحرية، محققًا بذلك موصلية بروتونية تزيد عن 0.01S/cm عند 300 درجة مئوية، وهو أداء يضاهي أداء الخلايا التقليدية التي تعمل عند ضعف درجة الحرارة.
آفاق تتجاوز خلايا الوقود
تمتد أهمية هذا الاكتشاف إلى ما هو أبعد من خلايا الوقود، حيث يقدم مبدأ تصميم جديدًا لإنشاء مسارات فعالة لنقل الأيونات يمكن تطبيقه في تقنيات الطاقة الأخرى. ويسلط البروفيسور يامازاكي الضوء على إمكانية استخدام المبدأ ذاته لتطوير المحللات الكهربائية منخفضة الحرارة، ومضخات الهيدروجين، وحتى المفاعلات التي تحول ثاني أوكسيد الكربون إلى مواد كيميائية ذات قيمة. ويختتم يامازاكي حديثه بالقول: “يحول عملنا مفارقة علمية طويلة الأمد إلى حل عملي، مما يجعل طاقة الهيدروجين معقولة التكلفة أقرب إلى حياتنا اليومية”، مؤكدًا على الأثر المضاعف لهذا الإنجاز في تسريع جهود إزالة الكربون عالميًا.
.تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر:INTERESTING ENGINEERING
