Language
Country/Area
No result found
الأوراق الاصطناعية: كيفية إنتاج الهيدروجين باستخدام ضوء الشمس وأكاسيد المعادن؟
مع تناقص اعتماد العالم على الوقود الأحفوري التقليدي تدريجيا، أصبح البحث عن الطاقة المتجددة هو محور الاهتمام في الوقت الحالي. وتظهر تقنية تصنيع الهيدروجين باستخدام الطاقة الشمسية وأكاسيد المعادن إمكانات كبيرة ومن المتوقع أن تصبح جوهر ثورة الطاقة الخضراء. ومن المتوقع أن تلبي هذه التكنولوجيا احتياجات الطاقة المستقبلية بطريقة صديقة للبيئة.
<القسم>مفهوم الوقود الشمسي
الوقود الشمسي هو وقود صناعي يتم تصنيعه باستخدام الطاقة الشمسية، وأشكاله الرئيسية تشمل الهيدروجين والأمونيا والهيدرازين. يمكن تقسيم إنتاج هذه الوقود إلى تقنيات مختلفة مثل الضوئية الكيميائية والضوئية الحيوية والكهربائية الكيميائية. ومن بينها، تعد الطريقة الضوئية الكيميائية واحدة من أكثر التقنيات الواعدة في هذه المرحلة لأن منتجها الثانوي الوحيد هو الماء. وهذا يجعل الهيدروجين خيارًا نظيفًا وآمنًا للطاقة."يمكن إنتاج الوقود الشمسي عندما تكون الشمس مشرقة وتخزينه ونقله عند الحاجة إليه."
في المستقبل، ومع نضوج تكنولوجيا الهيدروجين وغيره من الوقود الشمسي، ستصبح مزاياها في النقل والتخزين أكثر وضوحا. على سبيل المثال، تتمتع الأمونيا بكثافة طاقة تبلغ 1.3 مرة من كثافة الهيدروجين السائل، في حين أن الهيدرازين أعلى منها بنحو مرتين، مما يجعل هذه الوقود خيارات أكثر جاذبية.
<القسم>إنتاج الهيدروجين الكهروضوئي الكيميائي
تستخدم العملية الكهروضوئية خلايا شمسية محددة لتحليل الماء كهربائيا. في هذه العملية يتم تحويل ضوء الشمس إلى تيار كهربائي عبر أقطاب حساسة للضوء، ومن ثم يتم استخدام هذا التيار الكهربائي لتحليل الماء لإنتاج الهيدروجين والأكسجين. ورغم أن المواد التي تم الحصول عليها حاليا ليست جيدة بما يكفي للتطبيقات التجارية، فإن العلماء يواصلون استكشاف طرق لتحسين العملية.
"إن البناء البسيط قد يعني تكاليف أقل وكفاءة أفضل في تحويل الطاقة."
بالإضافة إلى ذلك، يتم دراسة تقنية "الأوراق الاصطناعية" في العمليات الكيميائية الضوئية على نطاق واسع. وهي تجمع بين محفزات أكسيد المعادن والخلايا الشمسية شبه الموصلة لتوليد الهيدروجين مباشرة من ضوء الشمس. ومن شأن هذا النهج أن يفتح إمكانيات جديدة لإنتاج الهيدروجين.
<القسم>تطبيق علم الأحياء الضوئية في إنتاج الهيدروجين
تستخدم الطريقة الضوئية الحيوية الكائنات الحية الدقيقة الضوئية مثل الطحالب الخضراء والبكتيريا الزرقاء لإنتاج الهيدروجين في ظل ظروف محددة. على سبيل المثال، عندما تنمو الطحالب الخضراء في بيئة خالية من الكبريت، فمن الممكن إنتاج الهيدروجين بطريقة خالية من الأكسجين. وتظل جدوى هذه العملية تجذب العلماء لإجراء أبحاث معمقة.
"إذا تمكنا من التغلب بنجاح على مشكلة تثبيط الأكسجين في إنتاج الهيدروجين، فسوف يكون ذلك إنجازا كبيرا."
وفي سعيهم إلى زيادة إنتاج الهيدروجين، يبحث العلماء أيضًا عن كيفية استخدام تقنيات البيولوجيا الاصطناعية لتحسين العملية وجعلها مستدامة للإنتاج الصناعي.
<القسم>عملية ترموكيميائية شمسية
تستخدم العملية الحرارية الشمسية طاقة الحرارة من ضوء الشمس مباشرة لتحلل الماء. في هذه العملية، يتم توجيه الطاقة الشمسية إلى مفاعل عالي الحرارة باستخدام شعاع مركّز. وتشمل التقنيات الأكثر واعدة دورة أكسيد السيريوم المكونة من خطوتين، والتي تتم التفاعل فيها عند درجة حرارة عالية تبلغ 1400 درجة مئوية، ودورة كلوريد النحاس المختلطة، والتي تتم عند درجة حرارة أقل تبلغ 500 درجة مئوية.
"على الرغم من أن التكنولوجيا لا تزال في مرحلة تجريبية، فإن الطرق الكيميائية الحرارية الشمسية يمكن أن توفر حلاً قابلاً للتطبيق لإنتاج الهيدروجين في المستقبل."
بالإضافة إلى ذلك، فإن دمجها مع عملية إصلاح الوقود الأحفوري التقليدية لتحويل الميثان إلى غاز باستخدام الطاقة الشمسية سوف يساعد على تحسين كفاءة هذه التكنولوجيا.
<القسم>التكنولوجيا المستخدمة في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون
بالإضافة إلى إنتاج الهيدروجين، يستكشف الباحثون أيضًا كيفية تحويل ثاني أكسيد الكربون (CO2) إلى أول أكسيد الكربون (CO) ومركبات أخرى. تتضمن هذه العملية استخدام محفزات ضوئية مناسبة ويمكن تحقيقها في بيئة تعتمد على الطاقة الشمسية.لا تساعد هذه التقنية على تقليل انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري فحسب، بل توفر أيضًا المواد الخام لإنتاج الوقود المتجدد. <القسم>"يمكن تحقيق تحويل فعال لثاني أكسيد الكربون من خلال الجمع بين الخلايا الكهروضوئية والأنظمة الكهروكيميائية."
النظرة المستقبلية
مع الاختراقات والتطورات المستمرة في التكنولوجيا، من المتوقع أن يصبح الهيدروجين وغيره من الوقود الشمسي جزءًا مهمًا من نظام الطاقة العالمي في المستقبل. ويتوقع العديد من الخبراء ظهور اقتصاد جديد للأمونيا في أسواق الطاقة المستقبلية، وهو ما يسلط الضوء على إمكانات استخدام الأمونيا الخضراء في وسائل النقل مثل السفن الكبيرة."إذا تمكنا من تحسين تخزين ونقل الهيدروجين بشكل أكبر، فقد لا نعتمد على الوقود الأحفوري في المستقبل."
كيف سيؤثر استخدام الطاقة الشمسية والتحول في مصادر الطاقة على حياتنا اليومية؟
