تسخير الطاقة الشمسية: وقود من كوب ماء
ماذا لو وجدنا طريقة لاستخدام ضوء الشمس لإنتاج طاقة نظيفة؟ ونعني بطاقة "نظيفة" طاقة لا ينتج عنها أي تلوث أو مخلفات. بالطبع يمكن للألواح الشمسية توليد كهرباء نظيفة. لكن هناك قيود تحدد عمل الألواح الشمسية. فهي تحتاج إلى ضوء الشمس لتقوم بعملها، لذا فهي لا تولد الكهرباء ليلاً أو في الجو الملبد بالغيوم. بالإضافة إلى ذلك، هناك حد معين لكمية الطاقة التي يمكن إنتاجها يرتبط بحجم كل لوح. وهذا ما يجعل من تلك الطاقة المولّدة شمسيا مصدرًا غيرعملي بالنسبة لبعض الأشياء، مثل تزويد وقود الآليات والسيارات. هل هناك طرق أخرى لاستخدام ضوء الشمس لإنتاج الطاقة؟
انظر إلى الطبيعة من حولك وسوف تكتشف أن الإجابة هي "نعم". تمتص النباتات الخضراء ضوء الشمس وتنتج الطاقة من خلال عملية التمثيل الضوئي. فتقوم هذه العملية بتحويل ثاني أكسيد الكربون الجوي والماء إلى سكر وأكسجين. وتستخدم النباتات الكلوروفيل - المادة الخضراء الملونة في الأوراق - للحصول على الطاقة الضوئية من الشمس وتحويلها إلى طاقة كيميائية يمكن تخزينها. تستخدم النباتات بعد ذلك هذه الطاقة الكيميائية لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين وسكر، الذي يستخدمه النبات كوقود.
يقترب الباحثون من الوصول إلى طرق لتطبيق فكرة مماثلة لاستخراج الهيدروجين، الذي يمكن استخدامه لإمداد خلايا الوقود بالطاقة. ومن المخطط أن تكون خلايا الوقود هي الوقود المستقبلي للسيارات والأجهزة الأخرى التي تعمل بالكهرباء. وتستخدم هذه الخلايا الهيدروجين والأكسجين لتوليد الكهرباء. وتعتبر خلايا الوقود أحد مصادر الطاقة النظيفة لأن الناتج الوحيد المصاحب لهذه لعملية هو الماء. إلا أنه حاليًا، يتم إنتاج الوقود الهيدروجيني من أنواع الوقود الحفري، مما يجعله مصدرًا "غير نظيف" للوقود.
ماذا لو تمكنّا من إنتاج الهيدروجين بصورة نظيفة؟ يمكننا ذلك عن طريق التحليل الكهربائي. والتحليل الكهربائي هو عبارة عن عملية تستخدم الكهرباء لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. يتم استخدام الهيدروجين كوقود ليتحول مرة أخرى إلى كهرباء في خلية الوقود. لكن التحليل الكهربائي يستهلك الكثير من الكهرباء، ونسبة كمية الطاقة المستخدمة لإنتاج الطاقة بوجهٍ عام -القدرة- ليست نسبة جيدة.
بدءًا من ربيع 2008، أعلن عدد من فرق الأبحاث حول العالم أنهم نجحوا في استخدام ضوء الشمس، بالإضافة إلى محفزات، في تقسيم الماء إلى أكسجين وهيدروجين. إليك كيفية القيام بهذه العملية: تستخدم الكهرباء المولدة من الألواح الشمسية في تقسيم جزيئات المياه إلى غاز الهيدروجين وغاز الأكسجين. ثم يتم بعد ذلك تخزين هذين الغازين. وفي الأيام الملبدة بالغيوم أو أثناء الليل، يمكن استخدام هذين الغازين في خلية وقود لتوليد الكهرباء. وسر النجاح هنا، وفقًا للباحثين بجامعة موناش بأستراليا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة، هو المحفزات. وتستخدم كل مجموعة محفزًا معدنيًا مختلفًا للمساعدة على حدوث التفاعل، إلا أن النتائج في المعامل جميعها كانت واحدة: المياه والطاقة الضوئية للشمس تنتج الهيدروجين والأكسجين. وهناك إضافة جيدة، وهي أن العملية كلها تحدث بنظام الدائرة المغلقة. فيجري كلٌ من الهيدروجين والماء عبر خلية الوقود منتجًا الماء الذي يتم بعد ذلك الاحتفاظ به واستخدامه مرة أخرى.
في الوقت الحالي، هناك الكثير من العمل لابد من إنجازه قبل أن تنتقل العملية من مرحلة البحث إلى مرحلة التوفر تجاريًا. فيجب أن تنتج التفاعلات كميات من الهيدروجين أكثر بكثير مما تنتجه الآن في المعامل. لكن احرص على متابعة هذا الأمر. فالتطبيقات العملية في طريقها للظهور قريبًا.
| التمثيل الضوئي هو إحدى طرق إنتاج الطاقة من ضوء الشمس. والوقود الناتج هنا هو الجلوكوز الذي تستخدمه النباتات والحيوانات. والسؤال الهام هنا: هل يمكن تطبيق العملية نفسها لإنتاج نوع من الطاقة يمكن استخدامه بدلاً من أنواع الوقود الحفري؟ |
 |
|
من المخطط أن تكون خلايا الوقود الهيدروجيني مصدرًا هامًا للطاقة في المستقبل. لكن المشكلة الكبرى هي كيفية تكوين الهيدروجين. |
انظر إلى الطبيعة من حولك وسوف تكتشف أن الإجابة هي "نعم". تمتص النباتات الخضراء ضوء الشمس وتنتج الطاقة من خلال عملية التمثيل الضوئي. فتقوم هذه العملية بتحويل ثاني أكسيد الكربون الجوي والماء إلى سكر وأكسجين. وتستخدم النباتات الكلوروفيل - المادة الخضراء الملونة في الأوراق - للحصول على الطاقة الضوئية من الشمس وتحويلها إلى طاقة كيميائية يمكن تخزينها. تستخدم النباتات بعد ذلك هذه الطاقة الكيميائية لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين وسكر، الذي يستخدمه النبات كوقود.
يقترب الباحثون من الوصول إلى طرق لتطبيق فكرة مماثلة لاستخراج الهيدروجين، الذي يمكن استخدامه لإمداد خلايا الوقود بالطاقة. ومن المخطط أن تكون خلايا الوقود هي الوقود المستقبلي للسيارات والأجهزة الأخرى التي تعمل بالكهرباء. وتستخدم هذه الخلايا الهيدروجين والأكسجين لتوليد الكهرباء. وتعتبر خلايا الوقود أحد مصادر الطاقة النظيفة لأن الناتج الوحيد المصاحب لهذه لعملية هو الماء. إلا أنه حاليًا، يتم إنتاج الوقود الهيدروجيني من أنواع الوقود الحفري، مما يجعله مصدرًا "غير نظيف" للوقود.
ماذا لو تمكنّا من إنتاج الهيدروجين بصورة نظيفة؟ يمكننا ذلك عن طريق التحليل الكهربائي. والتحليل الكهربائي هو عبارة عن عملية تستخدم الكهرباء لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. يتم استخدام الهيدروجين كوقود ليتحول مرة أخرى إلى كهرباء في خلية الوقود. لكن التحليل الكهربائي يستهلك الكثير من الكهرباء، ونسبة كمية الطاقة المستخدمة لإنتاج الطاقة بوجهٍ عام -القدرة- ليست نسبة جيدة.
بدءًا من ربيع 2008، أعلن عدد من فرق الأبحاث حول العالم أنهم نجحوا في استخدام ضوء الشمس، بالإضافة إلى محفزات، في تقسيم الماء إلى أكسجين وهيدروجين. إليك كيفية القيام بهذه العملية: تستخدم الكهرباء المولدة من الألواح الشمسية في تقسيم جزيئات المياه إلى غاز الهيدروجين وغاز الأكسجين. ثم يتم بعد ذلك تخزين هذين الغازين. وفي الأيام الملبدة بالغيوم أو أثناء الليل، يمكن استخدام هذين الغازين في خلية وقود لتوليد الكهرباء. وسر النجاح هنا، وفقًا للباحثين بجامعة موناش بأستراليا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة، هو المحفزات. وتستخدم كل مجموعة محفزًا معدنيًا مختلفًا للمساعدة على حدوث التفاعل، إلا أن النتائج في المعامل جميعها كانت واحدة: المياه والطاقة الضوئية للشمس تنتج الهيدروجين والأكسجين. وهناك إضافة جيدة، وهي أن العملية كلها تحدث بنظام الدائرة المغلقة. فيجري كلٌ من الهيدروجين والماء عبر خلية الوقود منتجًا الماء الذي يتم بعد ذلك الاحتفاظ به واستخدامه مرة أخرى.
في الوقت الحالي، هناك الكثير من العمل لابد من إنجازه قبل أن تنتقل العملية من مرحلة البحث إلى مرحلة التوفر تجاريًا. فيجب أن تنتج التفاعلات كميات من الهيدروجين أكثر بكثير مما تنتجه الآن في المعامل. لكن احرص على متابعة هذا الأمر. فالتطبيقات العملية في طريقها للظهور قريبًا.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق