أخبار الآن | دبي – الإمارات العربية المتحدة (مرصد المستقبل)

على مدى العقود الماضية، أصبح الوقود الأحفوري بأنواعه المختلفة عصب الصناعة في العالم. كما أصبح المسبب الأول للتغير المناخي بشري المنشأ.

ومن حسن الحظ أن الأمور بدأت بالتغير، حيث بدأ الاعتماد على الوقود الأحفوري يخف تدريجياً بفضل مصادر الطاقة المتجددة.

تعتبر الطاقة الشمسية من أحد هذه المصادر ذات القدرات الكامنة الكبيرة. ومن أشكالها الوقود الشمسي، الذي يتم إنتاجه باستخدام ضوء الشمس لتحويل الماء أو ثنائي أوكسيد الكربون إلى مواد كيميائية قابلة للاحتراق.

ونظراً للوفرة النسبية لمكونات الوقود الشمسي، فهو من الأهداف المرغوبة في أبحاث الطاقة النظيفة. غير أن هذه التفاعلات، مثل إنتاج الهيدروجين بتحليل الماء، لا يمكن إجراؤها بالاعتماد على ضوء الشمس فقط. حيث أنه من الضروري وجود المواد التي تسهل حدوث التفاعل بفعالية.

كان العلماء يعملون على صنع أنواع عملية من الوقود الشمسي بتطوير مواد فعالة ومنخفضة الكلفة لتلعب دور المصاعد "الأقطاب الموجبة" الشمسية. وهي مشابهة في عملها لمصاعد البطاريات وتطلق تفاعل إنتاج الوقود الشمسي عن طريق تسهيل تدفق الإلكترونات أثناء هذه العملية.

وقد نجح علماء من مختبر لورنس بيركلي الوطني "مختبر بيركلي" التابع لوزارة الطاقة، و معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا "كالتيك"، في مضاعفة عدد المصاعد الشمسية المحتملة في سنتين فقط.

والآن، قام باحثون بقيادة جون جريجوار من كالتيك وجيفري نيتون من مختبر بيركلي بتطوير طريقة جديدة وأكثر سرعة لتحديد مواد جديدة صالحة للاستخدام كمصاعد شمسية، وعثروا على 12 مادة واعدة. ونشروا هذا البحث في النسخة الإلكترونية من مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences.

التجارب المخبرية السريعة

قال نيتون، وهو مدير المختبر الجزيئي في مختبر بيركلي، إن الدراسة تعتبر رائدة في هذا الحقل، لا لأنها تقدم طريقة محسنة للبحث عن المصاعد الشمسية فحسب، بل أيضاً لأنها تقدم للباحثين معلومات عن المصاعد الشمسية الجديدة.

يقول نيتون في بيان صحفي من كالتيك: "من الأمور الأكثر أهمية حول هذا الدراسة، والتي تجمع ما بين النظرية والتطبيق، هو أننا لم نقتصر على اكتشاف عدة مكونات جديدة لتطبيقات الوقود الشمسي، بل تعلمنا أيضاً أشياء جديدة حول البنية الإلكترونية لهذه المواد نفسها".

لاكتشاف هذه المصاعد الشمسية الجديدة، جمع الفريق ما بين المقاربتين الحاسوبية والتجريبية. حيث تم استخدام قاعدة البيانات لموقع Materials Project للبحث عن مكونات مفيدة محتملة.

وتم إجراء المئات من الحسابات النظرية باستخدام الموارد الحاسوبية في المركز الوطني للحوسبة العلمية لأبحاث الطاقة "NERSC"، إضافة إلى البرمجيات والخبرات من المختبر الجزيئي. وما أن تم تحديد أفضل المواد المرشحة لتصبح مصاعد شمسية، حان الوقت لإجراء التجارب المخبرية على هذه المواد.

تم اختبار المواد من ناحية فاعلية المصعد في نفس الوقت تحت ظروف مختلفة باستخدام التجارب المخبرية السريعة. وقد كانت هذه المرة الأولى التي يتم فيها إجراء هذه التجارب بهذه الطريقة، وفقاً لجريجوار.

يقول جريجوار في بيان صحفي: "كان أهم تقدم أحرزه الفريق هو الجمع ما بين أفضل الإمكانيات التي تقدمها النظريات مع الحوسبة الخارقة، والتجارب المخبرية السريعة الجديدة، وذلك لتوليد المعرفة العلمية بوتيرة غير مسبوقة".

وجد الباحثون أن المركبات التي تحول الفاناديوم، والأوكسجين، إضافة إلى عنصر ثالث، تتمتع ببنية إلكترونية عالية القابلية للمعايرة، ما يجعلها تحمل أفضلية مميزة بالنسبة لأكسدة الماء "وهو جزء من تفاعل تحليل الماء".

يقول نيتون في بيان صحفي: "تمكنا من تفسير مصدر قابليتها للمعايرة، وتحديد عدة مركبات من الفاناديوم كمصاعد شمسية، وهو أمر مهم".

يقدم لنا البحث المزيد من الوسائل لاستخدام الماء، وهو أحد أكثر مصادر العالم وفرة، كمصدر للطاقة. في الوقت الذي يسمح لنا تحقيق تقدّم كهذا بتطوير الطاقات المتجددة لتصبح أرخص وأكثر فعالية في المستقبل القريب، سيكون لدى كل من الحكومات، والأفراد والمستثمرين على حد سواء المزيد من المبررات للتخلي عن الوقود الأحفوري.

رسمياً.. الطاقة الشمسية هي الأرخص بين الأشكال الجديدة للكهرباء

إكتشاف 12 مادة جديدة يمكن إستخدامها لصنع الوقود الشمسي