باحثون من جامعة كامبريدج يطورون طريقة أكثر كفاءة لتحويل ضوء الشمس إلى وقود نظيف وغير محدود

تمكن فريق دولي من الباحثين من إكتشاف تقنية جديدة مستوحاة من عملية التمثيل الضوئي في النباتات ، والتي يمكن أن تستخدم في يوم من الأيام لإنتاج وقود الهيدروجين و الذي يعتبر مصدرا نظيفا وغير محدود عمليًا للطاقة المتجددة.

و في ورقة بحثية نشرت في مجلة”نيتشر إنيرجي” , قام علماء من جامعة كامبريدج البريطانية وجامعة الرور في بوخوم ألمانيا بتحديد طريقة جديدة لإثبات مبدأ عملية فصل الماء إلى الجزيئات المكونة له ، الهيدروجين والأكسجين ، و ذلك باستخدام ضوء الشمس.

وفقا لـ “إروين ريزنر”، أستاذ الطاقة المستدامة في جامعة كامبريدج والمؤلف الرئيسي للدراسة، البحث الجديد هو : “علامة فارقة في المجال الناشئ لتقنية التمثيل الضوئي شبه الاصطناعي. حيث يسخر هذا النهج قدرات الإنزيمات الطبيعية باستخدام التكنولوجيا الاصطناعية في محاولة للتغلب على بعض القيود على تقنيات التمثيل الضوئي الاصطناعي “.

و أوضحت “كاتارزينا سوكول” ، طالبة دكتوراه في كلية سانت جون في جامعة كامبريدج و المشاركة في البحث : “يمكن اعتبار التمثيل الضوئي الطبيعي كمخطط بيولوجي لتحويل الطاقة الشمسية إلى الطاقة الكيميائية والوقود الشمسي” .

و أضافت : “بالمقارنة مع التمثيل الضوئي الطبيعي ، فإن هذا النظام الجديد يزيد من كفاءة استخدام طيف الضوء الشمسي ، ويوفر طاقة عالية للتحويل ، حيث يجمع بين قوة التمثيل الضوئي الطبيعي والكيمياء الصناعية وعلم المواد لتطوير أنظمة نموذجية تتغلب على حدود الطبيعة” .

و كان الكيميائي الإيطالي “جياكومو سياميسيان”  أول من توقع تقنية التمثيل الضوئي الاصطناعي في عام 1912 و الذي تصور في نظرياته استخدام طاقة الشمس لتشغيل السيارات. “كيمياء المستقبل” ، كما أشار إليها “سياميسيان”، تم العمل على تطويرها في وقت لاحق من خلال عملية تعرف باسم فصل الماء عن طريق التحفيز الضوئي ، حيث يمكن للحافز أن يحرض التمثيل الضوئي باستخدام الماء فقط.

لكن هذه المحفزات غالبا ما تكون سامة. كما أناها باهظة الثمن. لذا بدلاً من استخدام حافز تقليدي ، تحول الفريق إلى استخدام إنزيمات موجودة في الطحالب.

و تفسر “سوكول” ، أن إنزيم “هيدروجيناز” قادر على خفض البروتونات إلى هيدروجين. وخلال التطور ، تم إلغاء هذه العملية لأنها لم تكن ضرورية للبقاء ، ولكننا نجحنا في تجاوز عدم النشاط لتحقيق رد فعلنا. أراد – تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين “.

و باستخدام الهيدروجيناز ، أصبح الفريق أول من ينجح في إنشاء عملية التمثيل الضوئي شبه الاصطناعية مدعومة بالكامل من الطاقة الشمسية. وهي بداية تأمل “سوكول” وبقية أعضاء الفريق أن تؤدي إلى إكتشافات جديدة في مجال تخزين الطاقة الشمسية.

تقول “سوكول” : “من المثير أن نختار العمليات التي نريدها بشكل انتقائي ، ونحقق ردة الفعل التي نريدها والتي لا يمكن الوصول إليها بطبيعتها”. هذا يمكن أن يكون منصة رائعة لتطوير تقنيات الطاقة الشمسية. حيث يمكن استخدام هذا النهج لدمج ردود الفعل الأخرى معًا لمعرفة ما يمكن إستخلاصه ، والتعلم من هذه التفاعلات ، ثم بناء أجزاء تركيبية أكثر قوة من تكنولوجيا الطاقة الشمسية التقليدية.

… ” هذه الجهود ليس فقط لتطوير المزيد من الطاقة المتجددة ، ولكن أيضا للمساعدة في مكافحة التغير المناخي عن طريق إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي “.

و إذا تمكن العلماء من معرفة كيفية إعادة إنشاء العملية حيث تحول النباتات ثاني أكسيد الكربون المتسبب الأول في الاحترار المناخي إلى طاقة نظيفة ، يمكننا تطوير طاقة نظيفة غير محدودة نظريًا ، ليس فقط هنا على كوكب الأرض ، ولكن أيضًا للمركبات الفضائية التي تحتاج إلى هواء نظيف وطاقة  من أجل استكشاف وتطوير مستعمرات صالحة للعيش في الفضاء.

و في الوقت الراهن ، التقنية تعتبر مجرد مفهوم أولي . و أوضحت “سوكول”  أنه : “غير كافي نسبيًا للتطبيقات الصناعية”.

و قالت: “كان من المثير للدهشة أن هناك حاجة إلى العديد من المجالات المتعددة الاختصاصات ومجالات الخبرة لتطوير هذا النظام ، بما في ذلك علوم المواد والتكنولوجيا النانوية والكيمياء غير العضوية والكيمياء التركيبية والكيمياء الحيوية”. “لقد استغرق الأمر سنوات عديدة من البحث والتعاون لكسب ما يكفي من المعرفة”.

باحثون من جامعة كاليفورنيا يطورون تقنية جديدة تحسن من كفاءة تحويل الطاقة في الخلايا الشمسية بنسبة 20%

المصدر