Logo Arabcivil 2024

حلول من أجل طاقة مستدامة: ابتكارات في الوقود الشمسي

تم تحديثه يوم 5 يونيو, 2024 من طرف فريق الأبحاث و المستجدات
"اللهم انفعني بما علمتني وعلمني ما ينفعني"
المصدر: pubs.acs و pubs.acs . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية

 

الفكرة الأساسية

يحقق باحثو جامعة ييل تقدمًا كبيرًا في تطوير الوقود السائل المستدام الذي يعمل بالطاقة الشمسية* من خلال الجمع بين مواد أشباه الموصلات الجديدة والمحفزات الجزيئية*، مما يوفر حلاً واعدًا للتحديات التي تواجه الإنتاج واسع النطاق للوقود البديل والمساهمة في الحد من الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي.

 


تفاصيل القصة

في السعي إلى إيجاد حلول للطاقة المستدامة، يقف باحثو جامعة ييل في طليعة تطوير جيل ثوري من الوقود السائل الذي يتم تنشيطه بأشعة الشمس. لا يهدف هذا النهج المبتكر إلى إنتاج وقود بديل قيم فحسب، بل يسعى أيضًا إلى التخفيف من مستويات ثاني أكسيد الكربون (CO2) في الغلاف الجوي.

عقد من التقدم واتجاه جديد

على مدى السنوات العشر الماضية، واجهت الأبحاث الأساسية في الوقود السائل الذي يعمل بالطاقة الشمسية* عقبات كبيرة. على الرغم من كفاءة المواد شبه الموصلة* التقليدية في التقاط ضوء الشمس وتحفيز تحويل ثاني أكسيد الكربون، إلا أنها تكافح لإنتاج منتج واحد. وعلى العكس من ذلك، يمكن للمحفزات الجزيئية* توليد منتج واحد ولكنها تعاني من مشاكل الاستقرار. أدت هذه التحديات إلى مفترق طرق في مجتمع البحث، حيث لم تثبت أي من الطريقتين أنها مناسبة للإنتاج على نطاق واسع.

النهج الهجين: حل واعد

يقوم الكيميائيون في جامعة ييل، بالتعاون مع مركز النهج الهجين للطاقة الشمسية (CHASE)، بتطوير منهجية جديدة تدمج مواد أشباه الموصلات الجديدة مع المحفزات الجزيئية* المتقدمة. يعد هذا النهج الهجين بالتغلب على قيود الطرق السابقة، حيث يقدم حلاً قابلاً للتطوير لإنتاج الوقود السائل من ضوء الشمس والماء والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون.

دراسات رائدة ونتائج رئيسية

تُظهر دراستان حديثتان من فريق CHASE التابع لجامعة ييل، نُشرتا في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية، تقدمًا كبيرًا في هذا المجال. تسلط هذه الدراسات الضوء على إمكانات الأقطاب الضوئية* القائمة على السيليكون - المكونات الأساسية في البطاريات الشمسية التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية.

الدراسة الأولى: أعمدة السيليكون الدقيقة* والطلاء الفائق الكراهية للماء*

قدمت الدراسة الأولى، التي قادها مختبر هايليانج وانج في جامعة ييل ومختبر تيانكوان ليان في جامعة إيموري، قطبًا كهربائيًا مصنوعًا من أعمدة سيليكون دقيقة مطلية بكربون مفلور فائق الكراهية للماء*. زاد هذا التصميم بشكل كبير من مساحة سطح القطب ونشاطه التحفيزي، محققًا ما يصل إلى 17 مرة من النشاط التحفيزي أكثر من الأقطاب الضوئية* السيليكونية السابقة. وكانت النتيجة هي التحويل الضوئي الكهروضوئي الأكثر كفاءة لثاني أكسيد الكربون إلى الميثانول - وهو وقود سائل بديل نظيف - على الإطلاق.

الدراسة الثانية: السيليكون المسامي* وحفاز الرينيوم الجزيئي

في الدراسة الثانية، طورت مختبرات الكيميائيين في جامعة ييل جيمس ماير ونيلاي هزاري عملية باستخدام رقائق رقيقة من السيليكون المسامي*، مدمجة بمسام نانوية، وربطت حفاز الرينيوم الجزيئي بهذه الرقائق. مكّن هذا التكوين من تحويل أكثر اتساقًا وقابلية للتكرار لثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون تحت أشعة الشمس. يمثل هذا أول حالة لربط حفاز جزيئي بالسيليكون المسامي*، مما يعزز كفاءة استخدام الطاقة الشمسية لإنتاج الوقود.

إن الأبحاث المبتكرة التي أجرتها جامعة ييل، والتي تجسدها هاتان الدراستان، تؤكد على إمكانات الأساليب الهجينة في إنشاء وقود سائل مستدام يعمل بالطاقة الشمسية*. ومن خلال الجمع بين نقاط القوة في المواد شبه الموصلة* الجديدة والحفازات الجزيئية، يمهّد باحثو جامعة ييل الطريق أمام تقدم كبير في مجال الطاقة المتجددة، مما يمنحنا الأمل في مستقبل أكثر خضرة واستدامة.

 


المصطلحات الأساسية

    • الوقود السائل الذي يعمل بالطاقة الشمسية: الوقود الذي يتم إنشاؤه باستخدام ضوء الشمس كمصدر للطاقة لتحويل المواد الخام مثل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى أشكال سائلة من الطاقة.
    • المواد شبه الموصلة: المواد التي لها خصائص بين الموصلات والعوازل وتستخدم لالتقاط ضوء الشمس وتسهيل التفاعلات الكيميائية في تطبيقات الطاقة الشمسية.
    • المحفزات الجزيئية: المركبات التي تزيد من معدل التفاعل الكيميائي دون استهلاكها في العملية، وتستخدم هنا للمساعدة في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود.
    • الأقطاب الكهربائية الضوئية: مكونات في الخلايا الشمسية تمتص ضوء الشمس وتحوله إلى طاقة كهربائية، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لتحريك التفاعلات الكيميائية.
    • التحويل الكهروضوئي لثاني أكسيد الكربون: عملية يتم فيها تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى منتجات مفيدة مثل الميثانول باستخدام ضوء الشمس ومحفز.
    • أعمدة السيليكون الدقيقة: هياكل صغيرة تشبه الأعمدة مصنوعة من السيليكون تزيد من مساحة السطح لحدوث التفاعلات الكيميائية، مما يعزز الكفاءة.
    • الطلاء الفائق الكراهية للماء: طلاء يطرد الماء ويمكن أن يعزز أداء ومتانة الأقطاب الكهربائية الضوئية.
    • السيليكون المسامي: شكل من أشكال السيليكون له بنية تشبه الإسفنج مع قنوات صغيرة (مسام نانوية)، مما يزيد من مساحة سطحه وتفاعليته.

 

 

اطّلع على المزيد

مساهمة في تنمية المدنية العربية
Menu
جميع الحقوق محفوظة © Arabcivil 2024