في خطوة متقدمة نحو الطاقة المستدامة، كشف علماء يابانيون عن تقنية جديدة تستخدم ضوء الشمس لتحويل الماء إلى وقود هيدروجين، مما يفتح أبوابًا واسعة لمستقبل أكثر استدامة في مجال الطاقة.
الطريقة الجديدة لإنتاج الهيدروجين
تعتمد التقنية الجديدة على استخدام محفز ضوئي خاص لتحليل الماء إلى هيدروجين وأوكسجين باستخدام الطاقة الشمسية. تهدف هذه الطريقة إلى توفير هيدروجين أرخص وأكثر وفرة مقارنة بالطرق التقليدية المعتمدة على الغاز الطبيعي، مما يعزز إمكانيات التحول إلى مصادر طاقة نظيفة.
نظام "الخطوة المزدوجة" لتحسين الكفاءة
على الرغم من أن فكرة استخدام الضوء لتحليل الماء ليست جديدة، فإن الكفاءة كانت تمثل تحديًا في معظم المحفزات التقليدية. وفي هذا السياق، استخدم العلماء اليابانيون نظام "الخطوة المزدوجة"، حيث يعمل محفز ضوئي واحد على إنتاج الهيدروجين، بينما يقوم محفز آخر بإنتاج الأوكسجين. هذه الطريقة أكثر تطورًا وكفاءة مقارنة بالنظام التقليدي الذي يعتمد على خطوة واحدة.
التقدم في البحث
قد حقق البروفيسور كازوناري دومين وفريقه من جامعة Shinshu تقدمًا ملحوظًا بعد تشغيل مفاعل بمساحة 100 متر مربع (1076 قدمًا مربعًا) لمدة 3 سنوات. أظهرت النتائج أن النظام يعمل بشكل أفضل في الضوء الطبيعي مقارنة بالظروف المخبرية، مع تحقيق كفاءة تحويل أعلى بنسبة 50% باستخدام محفزات ضوئية تستجيب للأشعة فوق البنفسجية.
تحديات التقنية
على الرغم من هذه الإنجازات، لا تزال الكفاءة الحالية منخفضة للغاية. تحت الضوء المحاكى، لا تتجاوز الكفاءة 1%، بينما يمكن أن تصل إلى 5% في أفضل الظروف تحت الضوء الطبيعي. هذا يشير إلى الحاجة المستمرة لتطوير محفزات ضوئية أكثر فعالية، بالإضافة إلى بناء مفاعلات أكبر لتحقيق إنتاج ضخم للهيدروجين.
إمكانات المستقبل
الدكتور تاكاشي هيساتومي، أحد المشاركين في البحث، أشار إلى أن تخزين الطاقة الشمسية كطاقة كيميائية في المواد قد يسمح باستخدام الطاقة حتى في الليل أو أثناء الطقس السيئ. كما أضاف أن تحسين كفاءة المحفزات الضوئية سيؤدي إلى تسريع تطوير تقنيات إنتاج الهيدروجين على نطاق واسع، ما يساهم في تسريع بناء المصانع وتطوير تشريعات الطاقة الشمسية.
النشر والتوقعات
تم نشر الدراسة في مجلة Frontiers in Science، مع تأكيد الفريق الياباني على أن التطورات المستقبلية في المواد والأنظمة الضوئية قد تقود إلى ثورة في مجال إنتاج الهيدروجين باستخدام الطاقة الشمسية.