الطاقة والبيئة

يقوم الفريق بتحويل الماء إلى وقود هيدروجين باستخدام التمثيل الضوئي

يقوم الفريق بتحويل الماء إلى وقود هيدروجين باستخدام التمثيل الضوئي

مع النمو الاقتصادي العالمي يأتي الطلب على المزيد من الطاقة. لكن كوكبنا على وشك الاستسلام لأساليب أقربائنا. في هذا المشهد ، تلعب حلول الطاقة الفعالة والخضراء دورًا.

ابتكر العلماء في المعهد الإسرائيلي للتكنولوجيا تقنية تحويل الطاقة الشمسية إلى وقود بكفاءة قياسية. تتمثل فكرتهم في تنفيذ آليات التمثيل الضوئي لدفع كفاءة تحويل الطاقة إلى آفاق جديدة.

دكتوراه. يقول Lilac Amirav ، الباحث الرئيسي في الدراسة "نريد تصنيع نظام تحفيز ضوئي يستخدم ضوء الشمس لدفع التفاعلات الكيميائية ذات الأهمية البيئية." تعمل هي ومجموعتها في المعهد الإسرائيلي للتكنولوجيا على تصميم محفز ضوئي يمكنه تجريد وعزل الهيدروجين عن الماء.

راجع أيضًا: العلماء يطورون محفزًا جديدًا يستخدم الضوء لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود

تشرح "عندما نضع الجسيمات النانوية على شكل قضيب في الماء ونسلط الضوء عليها ، فإنها تولد شحنة كهربائية موجبة وسالبة" ، وتضيف "تنكسر جزيئات الماء ؛ تنتج الشحنات السالبة الهيدروجين (الاختزال) ، وتنتج الشحنات الموجبة الأكسجين (الأكسدة). يجب أن يحدث التفاعلان ، اللذان يشتملان على الشحنات الموجبة والسالبة ، في وقت واحد. وبدون الاستفادة من الشحنات الموجبة ، لا يمكن توجيه الشحنات السالبة لإنتاج الهيدروجين المطلوب "

على الرغم من أن الأضداد ، كما نعلم جميعًا ، تجتذب. إذا وجدت الشحنات الموجبة والسالبة فرصة للاندماج ، فإنهما يستبعدان بعضهما البعض ، ولا يتركان لنا شيئًا. لذلك ، من الضروري الحفاظ على الجسيمات ذات خصائص الشحن المختلفة.

للقيام بذلك ، ابتكر الفريق هياكل غير متجانسة فريدة تشمل أشباه موصلات مختلفة إلى جانب محفزات المعادن وأكسيد المعادن. لقد قاموا ببناء نظام نموذجي لدراسة حدوث الأكسدة والاختزال وتحسين الهياكل غير المتجانسة للحصول على أداء أفضل.

في بحث عام 2016 ، صمم نفس الفريق بنية غير متجانسة أخرى. جذبت النقطة الكمومية لسيلينيد الكادميوم في أحد الطرفين شحنة موجبة بينما تراكمت الشحنة السالبة على الجانب الآخر.

قال أميراف ، "من خلال تعديل حجم النقطة الكمومية وطول القضيب ، بالإضافة إلى معلمات أخرى ، حققنا تحويل 100٪ من ضوء الشمس إلى هيدروجين من تقليل المياه". في هذا النظام ، يمكن لجسيم نانوي واحد لمحفز ضوئي واحد أن يفرز 360 ألف جزيء هيدروجين في الساعة.

لكن في هذه الدراسة القديمة ، تمت دراسة جزء الاختزال فقط من التفاعل. للحصول على محول يعمل من الطاقة الشمسية إلى الوقود ، نحتاج إلى التعامل مع الجزء الآخر ، وهو الأكسدة أيضًا. يعلق أميراف قائلاً: "لم نكن نحول الطاقة الشمسية إلى وقود بعد" ، ويضيف: "ما زلنا بحاجة إلى تفاعل أكسدة من شأنه أن يزود الإلكترونات باستمرار بالنقطة الكمومية."

يعد السير خلال عملية أكسدة الماء تحديًا كبيرًا لأنه يحتوي على خطوات متعددة. أيضًا ، فإن المنتجات الثانوية للتفاعلات تميل إلى النتيجة من خلال المساومة على استقرار أشباه الموصلات.

في دراستهم الأخيرة ، اتبعوا نهجًا مختلفًا. هذه المرة ، بدلاً من الماء ، استخدموا مركبًا يسمى benzylamine لجزء الأكسدة. بهذه الطريقة يقلل الماء إلى الهيدروجين والأكسجين بينما يتحول البنزيل أمين إلى البنزالديهايد. تحدد وزارة الطاقة الأمريكية نسبة 5 إلى 10 بالمائة على أنها "حد الجدوى العملية". تم قياس الكفاءة القصوى لهذه الطريقة عند 4.2٪.

يبحث الباحثون عن مركبات أخرى قد تكون قادرة على تحويل الطاقة الشمسية إلى مادة كيميائية. مع وجود الذكاء الاصطناعي إلى جانبهم ، فإنهم يبحثون عن مركبات ستكون مناسبة لهذه العملية. ويشير أميراف إلى أن هذه العملية كانت مثمرة حتى الآن.

سيتم تقديم نتائج الدراسة في اجتماع ومعرض خريف 2020 الذي تنظمه الجمعية الكيميائية الأمريكية (تقريبًا ، بالطبع).


شاهد الفيديو: كيفية صنع مولد هيدروجين صغير (شهر اكتوبر 2021).