تصميم مستوحى من الطبيعة.. استخدام صبار التين الشوكي في تكسير الماء إلى هيدروجين
محفز يكون أكثر قابلية للتطبيق من الناحية الاقتصادية بحيث يمكن لكل دولة أن تتبنى الهيدروجين بشكل معقول
منذ أكثر من 100 عام، اكتشف العلماء كيفية تحويل الماء إلى غاز الهيدروجين – طاقة خضراء مرغوبة للغاية أطلق عليها اسم “وقود المستقبل”.
على الرغم من هذا الاختراق، لم يتم تثبيت الهيدروجين كمصدر وقود مهيمن، يمكن أن يكون تحطيم الماء إلى هيدروجين غير فعال ومكلف، وعملية التحول التي تسمى التحليل الكهربائي، تظل غير مكتملة.
الآن، اقترح المهندسون في جامعة تكساس في إل باسو، مادة منخفضة التكلفة تعتمد على النيكل للمساعدة في تقسيم المياه بكفاءة وبتكلفة أقل؟ نبات عصاري صحراوي معروف باسم صبار التين الشوكي.
تم وصف المادة في ورقة جديدة في مجلة ACS Applied Materials & Interfaces.
قالت أستاذة الهندسة الميكانيكية في جامعة UTEP ، رامانا شينتالابالي، التي قادت الدراسة، “هذا تصميم مستوحى من الطبيعة في المختبر”، “لديك هذا النبات بسطح واسع يمكنه امتصاص الرطوبة والبقاء في البيئات القاسية، فكرنا،” كيف يمكننا دمج هذا في بحثنا “؟
مشكلة الهيدروجين
التحليل الكهربائي هو عملية فصل الماء بالكهرباء ومحفز كهربائي- مادة تسرع أي تفاعل كيميائي، تعتمد التقنيات الحالية لتقسيم الماء اعتمادًا كبيرًا على البلاتين كعامل مساعد، والذي له عيوبه.
وأوضح شينتالابالي، أن “البلاتين هو المادة المهيمنة المستخدمة للمساعدة في تقسيم المياه ، ولكنه مكلف للغاية – أغلى من الذهب – وليس من المجدي استخدامه على نطاق واسع بسبب سعره”، “نحن بحاجة إلى محفز يكون أكثر قابلية للتطبيق من الناحية الاقتصادية بحيث يمكن لكل دولة أن تتبنى الهيدروجين بشكل معقول.”
حل شائك
لاحظ نافيد أتارزاده، صبار الإجاص الشائك، لأول مرة أثناء سيره إلى مركز أبحاث المواد المتقدمة التابع لـUTEP ، كان الفريق يستكشف النيكل كبديل حفاز للبلاتين، وهو معدن متوفر بكثرة على الأرض وأرخص 1000 مرة من البلاتين، لكن النيكل ليس سريعًا وفعالًا في تكسير الماء إلى هيدروجين.
قال عطار زاده، طالب الدكتوراه في علوم وهندسة البيئة: “مررت كل يوم بهذا المصنع نفسه”، “وبدأت في ربطها بمشكلتنا المحفزة، ما لفت انتباهي هو حجم الأوراق والثمار مقارنة بالنباتات الصحراوية الأخرى؛ فالتين الشوكي له مساحة سطح غير عادية.”
خطوة في الاتجاه الصحيح
عندها خطرت لدى العطارزاده فكرة، ماذا لو صمموا محفزًا ثلاثي الأبعاد قائم على النيكل على شكل صبار الإجاص الشائك؟، يمكن أن تستوعب مساحة السطح الأكبر مزيدًا من التفاعلات الكهروكيميائية – مما ينتج هيدروجينًا أكثر مما يمكن للنيكل عادةً.
سرعان ما صمم الفريق هيكل المقياس النانوي- غير المرئي للعين البشرية – واختبره.
قال تشينتابال: “اختبرنا قدرة المحفز على فصل الماء بشكل متكرر وحققنا نتائج جيدة”، وأضاف أن هذا اكتشاف أساسي، وأن العملية تحتاج إلى مزيد من الصقل، لكنها خطوة في الاتجاه الصحيح.
قال شينتالابالي: “يمكن لغاز الهيدروجين أن يحول تكنولوجيا الطاقة- دون أن يولد انبعاثات غازات الاحتباس الحراري”، ” يمكن القضاء على بصمتنا الكربونية؛ نحن بحاجة لمواصلة السعي لتحقيق ذلك.”
