سولارابيك، اليابان – 2 أغسطس 2025:حطّم علماء يابانيون الأرقام القياسية السابقة لكفاءة إنتاج الوقود النظيف، بعد أن طوروا محفّزًا ضوئيًا جديدًا يرفع فاعلية تحويل ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون إلى وقود هيدروجيني سائل بنحو 60 مرة. يمثل هذا الإنجاز، الذي قاده باحثون من معهد طوكيو للعلوم وجامعة هيروشيما، تقدمًا كبيرًا في مجال الطاقة المستدامة، حيث حققت المادة الجديدة عائدًا كميًا هو الأعلى عالميًا بنسبة 15% لإنتاج الهيدروجين، و10% لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الفورميك، وهو وقود سائل واعد.
سر الكفاءة يكمن في البنية النانوية
يكمن مفتاح هذا الأداء الفائق في إعادة التصميم الجذري لبنية المحفّز على المقياس النانوي. اعتمد الفريق البحثي على فئة من المواد تُعرف بأوكسي هاليدات الرصاص (Pb2 Ti 2O 5.4 F 1.2 أو PTOF)، والتي تشتهر بقدرتها على امتصاص الضوء المرئي ومقاومة الظروف الكيميائية القاسية. تنتج استراتيجيتهم المبتكرة جسيمات عالية المسامية بمساحة سطح هائلة تبلغ نحو 40 م 2 غ −1 ، في تناقض حاد مع مساحة السطح البالغة 2.5 م2غ−1 التي توفرها طرق التصنيع التقليدية. وقد صرح البروفيسور كازوهيكو مايدا، الذي شارك في قيادة البحث، قائلًا: “تؤكد هذه الدراسة على أهمية التحكم في مورفولوجيا (الشكل البنيوي) الأوكسي هاليدات لإطلاق إمكاناتها الكاملة كمحفّزات ضوئية”.
تقنية تصنيع مبتكرة تتجاوز العوائق
تتميز طريقة التصنيع بكونها عملية تخليق منخفضة الحرارة وصديقة للبيئة تعتمد على الميكروويف. استبدل الباحثون مصدر التيتانيوم التقليدي بمعقدات تيتانيوم مختارة بعناية وقابلة للذوبان في الماء، مما أتاح إنتاج جسيمات PTOF فائقة الصغر يقل حجمها عن 100 نانومتر. يقلل هذا التصغير الحاسم المسافة التي يجب أن تقطعها حاملات الشحنة المنشّطة بالضوء للوصول إلى سطح الجسيم، مما يخفض بشكل كبير من فرص فقدانها عبر “إعادة الاتحاد” ويزيد من احتمالية مشاركتها في التفاعلات المنتجة للوقود. ورغم أن حركية الشحنات كانت أقل في الجسيمات النانوية، إلا أن المسافة المقطوعة الأقصر بشكل كبير عوضت عن هذا النقص بفاعلية، وهو ما تجنب العيوب الهيكلية التي تظهر عادةً عند تصغير الجسيمات.
آفاق عالمية وجدوى واعدة
يفتح هذا الإنجاز الباب أمام جدوى تجارية أوسع لإنتاج الوقود الشمسي. اختتم مايدا بالقول: “إن طريقة التخليق التي أُسست في هذه الدراسة تتيح أداءً تحفيزيًا ضوئيًا رائدًا على مستوى العالم… ومن المتوقع أن تسهم هذه النتائج بشكل كبير في تطوير مواد مبتكرة تساعد في مواجهة تحديات الطاقة العالمية”. ويتزامن هذا التطور مع إعلان باحثين من الصين عن تحقيقهم أعلى كفاءة لتحويل الطاقة الشمسية إلى هيدروجين بنسبة 9.91% في المهابط الضوئية المصنوعة من كبريتيد النحاس والزنك والقصدير (CZTS)، مما يؤكد التسارع العالمي في ابتكارات الطاقة النظيفة.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: interesting engineering
