توصَّل باحثون إلى إمكان إنتاج الهيدروجين الأخضر بطريقة مبتكرة مع مراعاة خفض التكلفة؛ ما يصبّ تدريجيًا في صالح تقليص الاعتماد على الوقود الأحفوري.
وخلص علماء بجامعة لوند السويدية إلى دور قوي لمعدن الحديد في عملية الإنتاج، بوصفه محفزًا رئيسًا لتحويل الطاقة الشمسية إلى أحد صور الوقود المستدام (مثل الهيدروجين).
واستهدف البحث في الأساس تطوير عملية تخزين الطاقة الشمسية في صور أنواع وقود صديقة للبيئة، ما يعدّ بديلًا عن الوقود الأحفوري، حسب تفاصيل تابعتها منصة الطاقة المتخصصة (الصادرة من واشنطن).
وتؤدي عملية التخزين المبتكرة إلى خفض تكلفة إنتاج الهيدروجين؛ إذ يقود ضوء الشمس عملية تحفيز التفاعل بدلًا من الاعتماد مسبقًا على الكهرباء المتجددة مرتفعة التكلفة.
دور المحفزات الشمسية والحديد
تسهم المحفّزات الشمسية ومعدن الحديد في إنتاج الهيدروجين الأخضر بطريقة مبتكرة، تحافظ على الاستدامة وتخفض تكلفة الوقود.
ولسنوات طويلة، كانت عملية إنتاج الوقود اعتمادًا على المعادن تشهد هدرًا للطاقة، ولم يتوصل العلماء إلى تفسير واضح لذلك حينها.
ويوضح البحث السويدي الجديد آلية عمل جزئيات الحديد لنقل الكهرباء بكفاءة أعلى، ما يتجاوز أبرز تحديات إنتاج الهيدروجين بالمعادن.
وبالنظر إلى أن وقود الهيدروجين المتجدد صديق للبيئة، يعدّه الباحثون أبرز صور تخزين الطاقة الشمسية وتقليص حصة الوقود الأحفوري في مزيج الطاقة.
وأوضح الباحث في الجامعة السويدية، بيتر بيرسون، أن التحول للاعتماد على الطاقة المتجددة عالميًا يتطلب تطوير أنواع منخفضة التكلفة ومستدامة من الوقود الشمسي.
وقال، إن البحث ركّز على رفع كفاءة الاستفادة من الطاقة الشمسية، ودمج معادن زهيدة التكلفة -مثل الحديد- في عملية الإنتاج، بحسب ما نقله عنه موقع إنترستنج إنجينيرنج.
خطوات التحفيز
يركّز البحث على عملية فنية متخصصة حول كيفية تطوير عملية فصل الإلكترون المشبع بضوء الشمس لدعم الانتقال إلى جزيء آخر.
وفي خطوة أولى، شرح علماء جامعة لوند السويدية أن أهمية انتقال الكهرباء من الجزيئات الحاملة لضوء الشمس، إلى جزئ آخر مستقبل.
ويمكن توضيح ترتيب عملية الإنتاج طبقًا للخطوات التالية:
1) امتصاص ضوء الشمس
تقوم جزيئات معدن الحديد بدور "المحفز" بامتصاصها ضوء الشمس.
2) فصل الإلكترونات ونقلها
خلال هذه المرحلة، ينشط الضوء طاقة دفع الإلكترون إلى جزيء آخر "مستقبل".
3) التفاعل والتخزين
يساعد الإلكترون المحمّل بالطاقة في تحفيز التفاعل، وتفكيك جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين، وفي مرحلة لاحقة يُجمَع وقود الهيدروجين ويُخَزَّن.
وكانت عملية الإنتاج وفق الخطوات السابقة تجري مصحوبة بعملية (هدر) في المرحلة الثانية، خلال فصل الإلكترون وانتقاله من جزيء لآخر.
ونتيجة لذلك، لم تكن تتمتع عملية إنتاج الهيدروجين بالمحفزات شمسية ومعدن الحديد بالكفاءة القصوى.
الهدر وتكلفة الإنتاج
قال الباحثون، إنه يتعين إتمام عملية نقل الإلكترون الحامل للطاقة بجودة عالية، لمنع هدر الإمدادات قبل عملية تخزين الوقود.
ووقفَ تحدي هدر طاقة الإلكترونات خلال عملية النقل من جزئ لآخر حائلًا أمام التوسع في استعمال معدن الحديد للتحفيز، رغم انخفاض تكلفته وفاعليته المرتفعة.
أمّا في البحث السويدي، فقد عكف الباحثون على تخطّي هذه المعضلة، ورجّحوا أن سبب الهدر يعود إلى التصاق المادة المحفزة (معدن الحديد) بالجزئيات قبل انتقالها إلى الجزيء المستقبِل.
وتوصلوا إلى آليات تعزز استكمال نقل الإلكترون المحمل بالطاقة بين الجزيئات دون فقد أو هدر، وتساعد جزيئات الحديد في نقل الكهرباء بكفاءة أعلى، طبقًا لمنصة يوريكا ألرت المعنية بالأخبار العلمية.
ويشمل ذلك الاستعانة بالجزيئات المجاورة في عملية نقل شحنات الكهرباء، لتقليص الهدر وضمان الكفاءة، ما يبرز دور المحفزات الشمسية ومعدن الحديد في خفض تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر.
ومن جانب آخر، يُشير هذا التطوير والتحكم في عملية هدر الطاقة إلى دور "الطاقة الشمسية المخزنة في معدن الحديد" على إنتاج وقود لإزاحة الوقود الأحفوري، حسب موقع "فيز دوت أورج Phys.org".
موضوعات متعلقة..
- تحفيز رواسب الهيدروجين الطبيعي بالحديد.. ابتكار أميركي
- التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين الأخضر.. أبرز التقنيات والقطاعات المستفيدة (تقرير)
- وكالة الطاقة الدولية: إنتاج الهيدروجين يتجه نحو التقنيات منخفضة الانبعاثات
اقرأ أيضًا..
- إيرادات صادرات الطاقة الروسية تنخفض.. والسعودية ضمن أكبر 5 مستوردين
- مخزونات النفط الأميركية تنخفض بأكثر من التوقعات
- شحنة غاز مسال مصرية تثير الجدل.. أين ذهبت؟
المصادر:
- دور المحفزات الشمسية ومعدن الحديد في خفض تكلفة إنتاج الهيدروجين، من إنترستنج إنجيزينرنج
- آليات تقليل هدر الطاقة في عملية نقل شحنات الإلكترونات، من يوريكا ألرت
- الطاقة الشمسية المخزنة في معدن الحديد ودورها في إنتاج الهيدروجين، من "فيز دوت أورج"
