علماء اليابان يبتكرون جهازا يحول ضوء الشمس إلى وقود

في حال واجهت مشكلة في مشاهدة الفيديو، إضغط على رابط المصدر للمشاهدة على الموقع الرسمي

طور علماء من جامعة أوساكا متروبوليتان في اليابان، نظاما اصطناعيا للتخليق الضوئي ينظم نفسه تلقائيا، مما يغني عن استخدام البطاريات في العديد من التصاميم الحالية.

ومن المتوقع أن يكون هذا الابتكار بمثابة إنجاز كبير ونقطة تحول في مجال التمثيل الضوئي الاصطناعي الخالي من البطاريات لتحويل ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون إلى وقود قابل للاستخدام أسهل وأرخص بكثير.

مصدر الصورة

نظام التمثيل الضوئي الاصطناعي

على غرار عملية التمثيل الضوئي الطبيعية في النباتات، تستخدم عملية التمثيل الضوئي الاصطناعية ضوء الشمس لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى مركبات غنية بالطاقة، ومن هذه المنتجات حمض الفورميك، وهو مادة كيميائية يمكن استخدامها كوقود ووسيلة لتخزين الطاقة.

يقول البروفيسور يوتاكا أماو، من مركز أبحاث التمثيل الضوئي الاصطناعي بجامعة أوساكا متروبوليتان، والمشارك الرئيسي في هذا الابتكار، في تصريحاته للجزيرة نت: "يتكون نظام التمثيل الضوئي الاصطناعي الذي طورناه من لوح شمسي (يُعرف باللوح الكهروضوئي) متصل بخلية تحليل كهربائي تضم مصعدا ومهبطا".

ويضيف: "وباستخدام اللوح الكهروضوئي كمصدر للطاقة، تتم عملية شطر الماء وتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الفورميك داخل خلية التحليل الكهربائي. وتوفر إضافة غشاء مناسب للتبادل الأيوني داخل الخلية ميزة الحصول على محلول مائي نقي من حمض الفورميك. وبعبارة أخرى، فإن الوقود الشمسي الذي ينتجه نظامنا للتمثيل الضوئي الاصطناعي هو حمض الفورميك، الناتج عن تحويل ثاني أكسيد الكربون".

كفاءة التشغيل

من جانب آخر يقول البيان الصادر من جامعة أوساكا متروبوليتان، إن الحفاظ على كفاءة التشغيل عند تغير ضوء الشمس على مدار اليوم يعد تحديا رئيسيا، حيث تستخدم العديد من أنظمة التمثيل الضوئي الاصطناعي تقنية تتبع نقطة الطاقة القصوى، وهي طريقة تُعدّل الجهد والتيار باستمرار لتمكين الخلايا الشمسية من إنتاج أعلى طاقة ممكنة.

ولذلك، قام الباحثون بابتكار جهاز تحليل خاص بهذه العملية وهو محلل كهربائي ذاتي التنظيم، يغني عن استخدام البطاريات، وبدلا من الاعتماد على الإلكترونيات الخارجية أو المحولات أو البطاريات، إذ يقوم المحلل الكهربائي بضبط خصائصه الكهربائية من خلال خصائصه الحرارية وخصائص المعاوقة الخاصة به.

وفي هذا الصدد يقول البروفيسور يوتاكا أماو للجزيرة نت: "تعتمد الطاقة الكهربائية المُستمدة عادة من أنظمة الخلايا الكهروضوئية بشكل كبير على شدة ضوء الشمس. لذلك، من الضروري تنظيم الطاقة الكهربائية بتمريرها عبر بطارية، وفي المقابل، في نظام التمثيل الضوئي الاصطناعي، حيث تُوصل وحدة الخلايا الكهروضوئية مباشرة بخلية التحليل الكهربائي، يتفاوت إنتاج حمض الفورميك تبعا لشدة ضوء الشمس".

ويضيف: "لذلك، فقد نجحنا في التحكم تلقائيا بكميات ثاني أكسيد الكربون والماء المزودة لخلية التحليل الكهربائي بناء على مستوى ضوء الشمس، مما حقق إنتاج حمض الفورميك بتركيز ثابت بغض النظر عن ظروف ضوء الشمس".