تطور جديد في توليد الهيدروجين المستدام والفعال من الماء باستخدام الطاقة الشمسية

• خطوة مهمة إلى الأمام في فهم كيفية تثبيت مركبات القصدير هذه وجعلها فعالة في الماء

حقق خبراء في الكيمياء على نطاق النانو تقدمًا آخر لدفع المزيد من تطوير توليد الهيدروجين المستدام والفعال من الماء باستخدام الطاقة الشمسية.

في دراسة تعاونية دولية جديدة – بقيادة جامعة فلندرز مع متعاونين في جنوب أستراليا والولايات المتحدة وألمانيا – حدد الخبراء عملية جديدة للخلايا الشمسية يمكن استخدامها في التقنيات المستقبلية لتقسيم الماء الضوئي في إنتاج الهيدروجين الأخضر .

وباستخدام محفز تم تطويره من خلال بحث أمريكي بقيادة البروفيسور بول ماجارد لتقسيم الماء، وجدت الدراسة أن الفئة الجديدة من مادة أكسيد Sn(II)-perovskite الشمسية المستقرة حركيًا يمكن أن تكون محفزًا محتملًا لتفاعل تطور الأكسجين الحاسم في إنتاج طاقة الهيدروجين الخالية من التلوث في المستقبل.

تمهد النتائج، التي نُشرت في مجلة الكيمياء الفيزيائية C ، الطريق لمزيد من التقدم في تقنيات الهيدروجين “الخضراء” الخالية من الكربون باستخدام أشكال الطاقة غير المنبعثة من الغازات المسببة للاحتباس الحراري مع التحليل الكهربائي عالي الأداء وبأسعار معقولة.

عنوان الورقة البحثية هو “البنية الكيميائية والإلكترونية التكافؤية لقلب وقشرة أغلفة نانوية من أكسيد Sn(II)-Perovskite”.

يقول المؤلف الرئيسي البروفيسور جونتر أندرسون، من معهد فلندرز لعلوم وتكنولوجيا النانو في كلية العلوم والهندسة: “تمثل هذه الدراسة الأخيرة خطوة مهمة إلى الأمام في فهم كيفية تثبيت مركبات القصدير هذه وجعلها فعالة في الماء”.

ويضيف البروفيسور بول ماجارد، من قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية في جامعة بايلور: “تشير مادتنا المبلغ عنها إلى استراتيجية كيميائية جديدة لامتصاص نطاق واسع من الطاقة من ضوء الشمس واستخدامها لتحريك تفاعلات إنتاج الوقود على سطحها”.

تُستخدم بالفعل مركبات القصدير والأكسجين في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك التحفيز والتصوير التشخيصي والأدوية العلاجية. ومع ذلك، تتفاعل مركبات القصدير الثنائي مع الماء والأكسجين، مما قد يحد من تطبيقاتها التكنولوجية.

توليد البيروفسكايت الفعالة

تركز أبحاث الطاقة الشمسية الكهروضوئية في جميع أنحاء العالم على تطوير أنظمة توليد البيروفسكايت الفعالة من حيث التكلفة وعالية الأداء كبديل للسيليكون التقليدي وغيره من الألواح الموجودة.

يمكن إنتاج الهيدروجين منخفض الانبعاثات من الماء من خلال التحليل الكهربائي (عندما يقسم تيار كهربائي الماء إلى هيدروجين وأكسجين) أو تقسيم الماء بالطرق الحرارية الكيميائية، وهي عملية يمكن أيضًا تشغيلها بالطاقة الشمسية المركزة أو الحرارة المهدرة من مفاعلات الطاقة النووية.

يمكن إنتاج الهيدروجين من مصادر متنوعة بما في ذلك الوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي والكتلة الحيوية البيولوجية، ولكن التأثير البيئي وكفاءة الطاقة للهيدروجين تعتمد على كيفية إنتاجه.

تستخدم العمليات المعتمدة على الطاقة الشمسية الضوء كعامل لإنتاج الهيدروجين وهي بديل محتمل لتوليد الهيدروجين على نطاق صناعي.

تم بناء الدراسة الجديدة على عمل سابق قاده البروفيسور بول ماجارد، الذي يعمل الآن في قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية بجامعة بايلور في تكساس، وكان يعمل سابقًا في جامعة ولاية كارولينا الشمالية.

تتضمن المقالة الجديدة مدخلات من خبراء جامعة فلندرز وجامعة أديلايد، بما في ذلك المؤلف المشارك في الدراسة الأستاذ في الكيمياء جريج ميثا، الذي يشارك أيضًا في استكشاف النشاط الضوئي لمجموعات المعادن على الأسطح الأكسيدية في تقنيات المفاعلات، وجامعة مونستر في ألمانيا.