العالم يقترب من «الحلم الهيدروجيني» لإنتاج طاقة نظيفة ورخيصة!

 سخَّر العلماء مبادئ نظرية "التمثيل الضوئي" في النباتات لتطوير طريقة جديدة لإنتاج الهيدروجين، وهي الطريقة التي تعد اختراقاً علمياً مهماً ينطوي على حلول محتملة واعدة لمشكلات الطاقة العالمية.

يقول باحثون إن تطوير هذا الأسلوب ربما يساعد على إطلاق العنان أمام قدرات الهيدروجين غير المتناهية كي يصبح مصدراً موثوقاً يمكن الاعتماد عليها كطاقة نظيفة ورخيصة في المستقبل القريب.

وعلى عكس الوقود الأحفوري (فحم – نفط- غاز) يمكن إحراق الهيدروجين لتوليد الطاقة من دون أن يتسبب ذلك في انطلاق الانبعاثات البيئية الضارة، فضلاً عن أنه العنصر الأكثر وفرة على كوكب الأرض.

وينتج غاز الهيدروجين عن انشطار الماء إلى عنصريها؛ الهيدروجين والأكسجين. غير أن العلماء ظلوا عقوداً طويلة يكافحون من أجل التوصل إلى طريقة آمنة لاستخلاص هذين العنصرين واستخراج كل عنصر على حدة في أوقات مختلفة، بحيث تتمتع بمزايا اقتصادية واسعة النطاق وهامش أمان مرتفع لتقليص مخاطر حدوث انفجارات خطيرة أثناء عمليات الاستخلاص.

وفي تقرير نشر أخيراً في "نيتشر كيمستري جورنال"، كشف علماء في جامعة غلاسكو عن طريقة متطورة للتعامل مع الهيدروجين من خلال محاكاة التمثيل الضوئي لدى النبات، وهي العملية التي تستخدم فيها النباتات الطاقة الشمسية في شطر جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين في أوقات منفصلة وفي مواقع متباعدة.

وقد أعلن الخبراء هذا الاكتشاف العلمي المهم أخيراً مؤكدين أنه قد يجعل الهيدروجين مصدراً عملياً وموثوقاً للطاقة النظيفة.

ويقول البروفسور زايل هيو، وهو مدير مختبر "المركبات غير العضوية" في المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان، "إن هذا العمل يوفر تجربة مهمة حول مبدأ الفصل بين الهيدروجين والأكسجين في التحليل الكهربائي بصورة طبيعية. وبالطبع يتعين القيام بمزيد من التطوير من أجل تحسين قدرات هذه الوسيلة، وزيادة فعالية الطاقة وفترات التشغيل وغير ذلك من أمور. غير أن هذا البحث يوفر فعلياً فرصاً محتملة وواعدة، ويمكن أن يسهم في جعل تخزين الطاقة النظيفة أرخص تكلفة".

في الوقت الراهن، يتمكن العلماء من فصل ذرات الهيدروجين والأكسجين عبر استخدام التحليل الكهربائي لجزيئات الماء- غير أن هذه الطريقة تنطوي على مخاطر حدوث انفجارات خطيرة نظراً لأن عملية الفصل بين عنصري الأكسجين والهيدروجين تتم في وقت واحد، وهو ما يوفر بيئة قابلة للاشتعال.

لكن وفق أسلوب التحليل الكهربائي الجديد المتباين، الذي تم تطويره في جامعة غلاسكو، فقد تم إنتاج الهيدروجين والأكسجين من الماء في أوقات مختلفة، وذلك بفضل ما يطلق العلماء عليه "عازل البروتون للإلكترونات المقترنة" الذي يعمل على جمع وتخزين جزيئات الهيدروجين أثناء سريان التيار الكهربائي عبر الماء، وهو ما يعني انطلاق الأكسجين فقط في بداية الأمر، ومن ثم يتم إطلاق الهيدروجين حسب الحاجة.

ونظراً لأن عنصر الهيدروجين لا يوجد في الطبيعة بصورة نقية منفردة، فإن تصنيعه يتطلب طاقة تستخدم في استخلاصه من مكوناته. وتحتاج الوسيلة الجديدة للتحليل الكهربائي إلى وقت أطول، غير أنها أكثر أماناً وتستخدم كمية أقل من الطاقة في الدقيقة الواحدة، وهو مما يجعلها أكثر سهولة حين نعتمد على مصادر الطاقة المتجددة لإنتاج الكهرباء اللازمة لفصل الجزيئات.

ويقول الدكتور مارك سيمز المشارك في إعداد التقرير الذي نشرته "نيتشر كيميستري جورنال": "إن ما قمنا بتطويره هو نظام لإنتاج الهيدروجين على مستوى صناعي أكثر رخصاً وسلامة من النظام المستخدم في الوقت الراهن، الذي يعتمد فيه معظم الإنتاج الصناعي للهيدروجين على إعادة حرق وتشغيل الوقود الأحفوري، لكن إذا أمكن توفير الكهرباء عن طريق الطاقة الشمسية والرياح أو الأمواج، سيكون بوسعنا آنذاك إيجاد مصدر طاقة نظيف تماماً إلى حد كبير".

ومن جانبه، يلفت البروفيسور لي كرونن الذي شارك في التقرير، إلى أن "البنية التحتية الحالية للغاز التي تتولى إيصال الغاز إلى المنازل في شتى أنحاء البلاد تستطيع بسهولة تامة استيعاب نقل الهيدروجين، مثلما تقوم في الوقت الراهن بنقل الميثان. واذا أردنا استخدام طاقة متجددة من أجل توليد الهيدروجين عبر استعمال العملية التي أوجدناها وهي أرخص وأكثر فعالية قد تتمكن البلاد من التحول الى الهيدروجين لتوليد طاقتنا الكهربائية في البيت. كما أنها سوف تسمح لنا بتحقيق خفض كبير في تأثير الكربون في البلاد".

ويقول البروفيسور ناثان لويس، أستاذ الكيمياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وخبير الطاقة النظيفة، "إن الأمر يبدو كتجربة علمية مثيرة للاهتمام، وقد تعالج واحدة من المشكلات المهمة التي طالما انطوت عليها طرق التحليل الكهربائي التقليدية المكلفة نسبياً لإنتاج الهيدروجين".

Emily Dugan