حفّازات كيميائية بكلفة منخفضة تعزز استخلاص الهيدروجين من الماء

تعتمد طاقة المستقبل والتي تستخدم الوقود الخالي من الكربون على قدرتنا في تسخير، وتخزين الطاقة من مصادرَ متجددة، ولكنّها غير مستمرة، كالطاقة الشّمسية، وطاقة الرّياح. اليوم، لدينا نوعٌ جديدٌ من الحفّازات؛ تمّ العمل على تطويرها في جامعة تورنتو الكندية، عززت التوجه نحو تقنياتِ الطّاقة النّظيفة التي تعتمد على استخلاص الهيدروجين من الماء.

 استخلاص الهيدروجين من الماء

فالهيدروجين بالإضافة إلى كونه عنصراً رئيسياً يدخل في كلّ شيء ابتداءً بالوقود وانتهاءً بالأسمدة، فإنّ لديه إمكانياتٍ كبيرةً كوسيلةٍ لتخزين الطّاقة؛ وتتمثل الفكرة في استخدام الطّاقة الكهربائية المتجددة لإنتاج الهيدروجين من الماء، ثمّ بعد ذلك عكس العملية في خلية وقود كهروكيميائية، مما يسمح بالحصول على الطّاقة النّظيفة.

يمكنك أيضًا الأطلاع على: الهيدروجين Hydrogen

يقول البروفيسور الكندي تيد سارجنت – Ted Sargent: “يُعتبر ان الهيدروجين مادةً صناعيةً هامةً جداً.

ولكن، للأسف يتم الحصول عليها في هذه الأيام من الوقود الأحفوري، والذي يخالطه كمية كبيرة من الكربون.

إنَّ عملية التحليل الكهربائي للماء – أي الحصول على الهيدروجين والأكسجين كلاً على حدة بشكل منفصل هي تكنولوجيا مقنعة ورائعة.

ولكن، تحتاج إلى مزيدٍ من:

• التحسينات في الكفاءة.
• التكلفة.
• طول العمر.

ويقدم هذا العمل استراتيجية جديدة لتحقيق هذه الأهداف ذات الأهمية الكبيرة. “

مختبر سارجنت – Sargent’s lab

يعتبر مختبر سارجنت – Sargent’s lab واحداً من بين عدة مجموعات بحثية حول العالم كانت السّباقة لإنتاج الحفّازات التي تقلل من كمية الكهرباء اللّازمة في عملية تحليل الماء إلى الهيدروجين والأكسجين.  فالحفّازات الحالية ذات الأداء الأفضل تعتمد على البلاتين، وهو من المواد عالية التكلفة، وتعمل في الأوساط الحامضية. ووفقاً لما يقوله تساو تانغ دنه – Cao-Thang Dinh، وهو مؤلفٌ مشاركٌ في الورقة البحثية جنباً إلى جنب مع زملائه الباحثين: إنّ الحفاز الجديد يتكون من النحاس، الكروم، والنيكل ، والتي يمكن اعتبارها أكثرَ وفرةً، وأقل تكلفةً من البلاتين؛ ويقول أيضاً  “إنّ الشيء الأكثر إثارةً، وغرابةً هو تقديم أداء جيد تحت ظروف معتدلة من الـ pH  والتي تفتح لنا الباب أمام خيارات، واحتمالات كثيرة.”

تعتبر مياه البحار أنّها المصدر الأكثر وفرة للماء على الأرض، بحسب ما أشار إليه (تساو تانغ دنه)؛ ولكنَّ استخدام مياه البحر مع الحفازات التقليدية في الأوساط الحامضية يتطلب:

• التخلّص من الملح أولًا.

وهي عملية تستهلك الكثير من الطاقة.

لذلك فإنَّ القيام بها في الأوساط المعتدلة يكون ذو تكلفة أقل لعدم وجود ضرورة لتحلية مياه البحر. وبحسب الدكتور الباحث (غارسيا دي أركور) فإنّه من الممكن استخدام بكتيريا خاصة تجمع بين غاز الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون للحصول على الوقود الهيدروجيني؛ كتلك الكائنات المجهرية التي تمكننا من الحصول على الإيثانول والميثانول، حيث إنّها من الممكن أن تنمو في نفس الماء معتمدةً على الهيدروجين الموجود فيه؛ أمّا في الأوساط الحامضية فإنَّها لن تكون قادرة على الحياة، أي أنّ العملية ستفشل!

استخدام الطاقة المتجددة

إن استخدام الطاقة المتجددة لتحويل نفايات ثاني أكسيد الكربون إلى وقود أو منتجات اخرى ذات قيمة مضافة، ومهمة.

هو الهدف الرئيسي من اجل: الحصول على الجائزة العالمية NRG COSIA Carbon XPRIZE .

والتي تسعى إلى:

• تقليل انبعاثات الكربون .
• حل مشكلة تقلبات المناخ.

ففريق (مختبر سارجنت) من بين المرشحين الخمسة النهائيين في هذه المسابقة الدولية.

المصادر:

Dinh, CT., & et al. Multi-site electrocatalysts for hydrogen evolution in neutral media by destabilization of water molecules. Nature Energy, 2018; DOI: 10.1038/s41560-018-0296-8

Low-cost catalyst from U of T Engineering boosts hydrogen production from water. University of Toronto Engineering News. Retrieved November 30, 2019, from https://news.engineering.utoronto.ca/low-cost-catalyst-from-u-of-t-engineering-boosts-hydrogen-production-from-water/