هل سمعت عن مادة تولد وقوداً من ضوء الشمس؟
سأكون صريحاً معكم... الكيمياء لم تكن مادتي المفضلة في المدرسة. لكن هذا الاكتشاف؟ جعلني فعلاً متحمساً، وأعتقد أنكم ستفهمون السبب.
علماء جامعة أوريغون الحكومية طوّروا مادة جديدة يمكنها خداع النظام. بدلاً من الاعتماد على الكهرباء باهظة الثمن أو الوقود الأحفوري، هذه المادة الصغيرة تستخدم ضوء الشمس فقط لفصل الماء واستخراج الهيدروجين منه.
كيف أشرح هذا ببساطة؟
تذكّروا: الماء مكوّن من هيدروجين وأكسجين. في الحالة العادية، هذان العنصران "متزوّجان" ومستقرّان معاً (H2O). السؤال الآن: ماذا لو استطعنا "طلاقهما" باستخدام ضوء الشمس فقط؟ هذا بالضبط ما تفعله هذه المادة الجديدة.
الباحثون صمّموا ما يُسمّى إطاراً معدنياً عضوياً — كريستال مسامي صغير جداً يمكن تشكيله كأنك تبني بـ"ليغو" على مستوى الجزيئات. سمّوه BVR-19، وهو مميز فعلاً.
النقطة المهمة هنا: معظم المواد المشابهة تعتمد على معادن نفيسة وغالية لتحفيز التفاعل. لكن BVR-19 سلك طريقاً مختلفاً تماماً. يستخدم وحدات بناء تحتوي على الكبريت لامتصاص طاقة الضوء وتحريك الإلكترونات، مما يخلق الظروف المناسبة لسحب الهيدروجين من الماء.
"اكتشفنا لماذا تعمل بعض نسخ هذا الإطار المعدني العضوي أفضل من غيرها"، قالت كيراكوس ستيليانو، قائدة البحث. "هذه النتائج تقدّم قواعد تصميم جديدة لصنع مواد أكثر فعالية لإنتاج الوقود الشمسي."
لماذا يجب أن يهتم شخص عادي؟
هنا يصبح الأمر مثيراً حقاً.
حالياً، معظم الهيدروجين يُنتَج باستخدام الغاز الطبيعي. وهذا فيه مفارقة غريبة: نحاول أن نكون صديقين للبيئة، لكننا نستخدم الوقود الأحفوري لإنتاج "الوقود النظيف"!
الطريقة البديلة — فصل الماء بالكهرباء — تعمل، لكنها صديقة للبيئة فقط إذا كانت تلك الكهرباء متجددة. وإلا فنحن فقط ننقل التلوث من مكان لآخر.
لكن هذا النهج الجديد؟ يستخدم ضوء الشمس مباشرة. بدون وسيط. بدون وقود أحفوري. بدون أنظمة كهربائية معقدة.
مشكلة السعر
لنتحدث عن المال للحظة.
الهيدروجين المنتج من الغاز الطبيعي يكلّف حوالي دولار ونصف لكل كيلوغرام — رخيص نسبياً. لكن "الهيدروجين الأخضر" — أي المنتج من الطاقة المتجددة — يكلّف حوالي خمسة دولارات للكيلوغرام. هذه الفجوة الكبيرة هي التي أعاقت الانتشار الواسع.
هذا البحث قد يساعد في تقليص هذه الفجوة. من خلال إظهار طريقة جديدة لتصميم هذه المواد العاملة بالضوء، الفريق يمنح العلماء خارطة طريق لصنع محفّزات أرخص وأفضل.
شيء آخر أذهلني
BVR-19 يتكوّن تلقائياً! فقط اخلطوا المكونات في الماء على درجة حرارة الغرفة، و"تونّس" — لديكم المحفّز جاهز. لا حرارة شديدة، لا عمليات تصنيع معقدة. هذا فرق كبير جداً عندما نفكّر في إنتاج هذا على نطاق واسع.
الصورة الكبيرة
أعلم أن الهيدروجين يُقال إنه "مستقبل الطاقة" منذ زمن طويل. سمعنا وعوداً كثيرة. لكن في هذا البحث شيئاً مختلف.
إنه ليس مجرّد تحسين تدريجي. الفريق اكتشف مبدأ تصميمي جديد تماماً — أن روابط الكبريت في هذه المواد يمكن أن تتفكّك عند تعرّضها للضوء، مولّدة أنواعاً تفاعلية تدفع إنتاج الهيدروجين. هذا معرفة أساسية جديدة يمكن للعلماء الآخرين البناء عليها.
ومع تزايد إلحاح تغيّر المناخ، نحتاج كل أداة في صندوق أدواتنا. الهيدروجين النظيف يمكن أن يساعد في إزالة الكربون من صناعات مثل صناعة الصلب وإنتاج الأمونيا والنقل — قطاعات يصعب تنظيفها عادة.
إذاً، ربما سيارتك الهيدروجينية لن تكون في الجراج العام القادم، لكن القطع تتّخذ مكانها. العلم يتحرّك بخطوات صغيرة، لكن أحياناً تلك الخطوات تقود لقفزات كبيرة.
المصدر: ScienceDaily