يستكشف باحثون إمكانات الأشجار بوصفها مصدرًا لإنتاج الطاقة الحيوية، واستعمالها في تشغيل الطائرات والمركبات الثقيلة في المستقبل.
ووفق المعلومات لدى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، يبحث العلماء في مختبر أوك ريدج الوطني، التابع لوزارة الطاقة الأميركية، استعمال أداة قياس فريدة لتحليل النباتات والتربة والعينات البيولوجية الأخرى.
ويوفر التحليل الطيفي للتكسير بالليزر (LIBS) أداة قوية للتحقيق في العناصر الكيميائية في النباتات والتربة؛ ما يمهّد الطريق إلى التقدم في أبحاث الطاقة الحيوية وتخزين الكربون.
وكما يستعمل المحققون بصمات الأصابع البشرية لمعرفة المزيد عن مسرح الجريمة، يوفّر التحليل الطيفي للتكسير بالليزر للعلماء طريقة لإنشاء "بصمة" كيميائية فريدة لتلك العينة.
تطوير الطاقة الحيوية
قال العلماء في بيان صحفي: "يمكن أن تساعدنا هذه المعلومات في تطوير التقنية الحيوية التي تساعد المزارعين في زراعة محاصيل الطاقة الحيوية بصفة أكثر استدامة.. كما يمكن أن تساعد علماء المناخ في فهم أفضل لكيفية استجابة النباتات للتغير البيئي، بما في ذلك حرائق الغابات".
ووفق البيان الذي حصلت عليه منصة الطاقة المتخصصة، فقد كُيّف التحليل الطيفي للتكسير بالليزر من قِبل الباحثة، مادهافي مارتن، وفريقها، لتحليل العينات البيولوجية، ويتضمن هذا النهج المبتكر إنشاء "بصمات" كيميائية فريدة للنباتات.
وأضاف البيان أن هذه التقنية "مفيدة بصفة خاصة في الكشف عن العناصر الأخف وزنًا، التي تُعد مهمة لعلماء الأحياء، مثل النيتروجين والكربون".
ومن خلال تحديد العناصر المحددة الموجودة، يُمكن للعلماء اكتساب فهم أعمق لنمو النباتات، وإمكانات تخزين الكربون، وملاءمة النباتات المختلفة لإنتاج الوقود الحيوي، بحسب ما أكدته منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ" (Interesting Engineering).
وعلاوة على ذلك، فإن تقنية التحليل الطيفي للتكسير بالليزر أسرع وأكثر كفاءة، وتتطلّب الحد الأدنى من تحضير العينات، وتقدم نتائج عالية الدقة في غضون ملي ثانية فقط.
وأشار العلماء إلى أنه يُمكن لتقنية التحليل الطيفي للتكسير بالليزر تحليل العينات في ملي ثانية، وتسمح لهم باختبار أكثر من 100 عينة في اليوم؛ ما يضمن تسريع وتيرة الاكتشاف.
*(ملي ثانية = جزء من الألف من الثانية).
ويُمكن لتقنية التحليل الطيفي للتكسير بالليزر -أيضًا- الكشف عن العناصر السامة التي يمكن أن تكشف عن التلوث البيئي، مثل الزئبق والرصاص.
وأكد البيان الصحفي أن "القدرة على معرفة العناصر الموجودة في النباتات والتربة بسرعة ودقة وتفصيل من شأنها أن تزيد بصورة كبيرة من فهمنا للارتباطات بين ما يحدث فوق الأرض وتحتها".
أداة قياس لتحليل النباتات
من أجل قياس تحليل النباتات يستعمل العلماء أداة للتحليل الطيفي للتكسير بالليزر، وتتمثّل طريقة عمل الأداة في إنتاجها نبضة ليزر عالية الطاقة في نانو ثانية تُحدِث شرارة.
*(نانو ثانية = واحد من مليار من الثانية).
وتكون هذه الشرارة ساخنة للغاية، لدرجة أنها تزيل الطبقة العليا من العيّنة بطريقة تُكوِّن عمودًا من البلازما (حالة من حالات المادة حيث تنفصل الإلكترونات عن الذرات؛ ما تنتج عنه أيونات مشحونة)، بحسب ما جاء في البيان الذي نشرته وزارة الطاقة الأميركية.
ومع تبريد البلازما ينبعث منها الضوء؛ إذ ترتبط أطوال موجات الضوء بعناصر معينة في المادة التي تجري دراستها؛ ثم يستعمل العلماء منظارًا للطيف يقيس أطوال موجات الضوء، وكاشفًا يسجل شدة موجات الضوء.
في الماضي، استعمل العلماء التحليل الطيفي للتكسير بالليزر بصورة أساسية لمراقبة العمليات الصناعية، ودراسة المواد المستعملة في تصنيع السلع.
ولكن العالمة في مختبر أوك ريدج الوطني، مادهافي مارتن، كانت رائدة في استعماله لدراسة المواد البيولوجية مثل التربة والنباتات.
ومن المثير للاهتمام أن تنوع التحليل الطيفي للتكسير بالليزر يمتد إلى ما هو أبعد من أبحاث الطاقة الحيوية؛ ففي تحول مفاجئ للأحداث، استعملت "مارتن" التحليل الطيفي للتكسير بالليزر، للمساعدة في التحقيق بجريمة قتل.
ومن خلال تحليل عينات الخشب من مسرح الجريمة، تمكنت "مارتن" من تقديم أدلة حاسمة أدت في النهاية إلى الإدانة؛ ما يؤكد إمكانات التحليل الطيفي للتكسير بالليزر للإسهام في مجالات متنوعة.
وتهدف مارتن وفريقها إلى مواصلة استكشاف آفاق جديدة مع التحليل الطيفي للتكسير بالليزر، بما في ذلك دراسة العلاقات المعقدة بين الفطريات والنباتات.
وخلص البيان الصحفي إلى أن "هؤلاء العلماء فتحوا الباب أمام رؤى واكتشافات جديدة، من الطاقة الحيوية إلى علم البيئة".
موضوعات متعلقة..
- توقعات بنمو الطلب على الطاقة الحيوية 41% بحلول 2050 (تقرير)
- قيمة سوق الطاقة الحيوية قد تصل إلى 500 مليار دولار بحلول 2050
- أكثر 10 دول توليدًا للكهرباء من الطاقة الحيوية (إنفوغرافيك)
اقرأ أيضًا..
- حقل نفط في ليبيا يبدأ الإنتاج لأول مرة.. ما قصته؟
- أكبر 3 اكتشافات غاز في 2024 تستحوذ عليها دول عربية
- التنقيب عن الهيدروجين الطبيعي قد يصبح كارثة.. و24 بئرًا تخيب الآمال
- الكشف عن بطارية مقاومة للحريق.. هل تنقذ مستقبل السيارات الكهربائية؟
المصادر:
- استكشاف أداة قياس لتحليل النباتات والتربة من الموقع الرسمي لوزارة الطاقة الأميركية.
- معلومات إضافية عن استعمال الأشجار لإنتاج الطاقة الحيوية من منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ".
