يوفر كثافة طاقة عالية يمكن تخزينها أو نقلها بسهولة.. تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى وقود سائل يشغل محرك السيارة

طور باحثون تقنية تعمل بالطاقة الشمسية تعمل على تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى وقود سائل يمكن إضافته مباشرة إلى محرك السيارة كوقود.

سخر الباحثون ، من جامعة كامبريدج ، قوة التمثيل الضوئي لتحويل ثاني أكسيد الكربون الكربون والماء وضوء الشمس إلى وقود متعدد الكربون – الإيثانول والبروبانول – في خطوة واحدة، تتميز هذه الأنواع من الوقود بكثافة طاقة عالية ويمكن تخزينها أو نقلها بسهولة.

على عكس الوقود الأحفوري، فإن هذه الأنواع من الوقود الشمسي تنتج انبعاثات كربونية صافية صفرية ومتجددة تمامًا ، وعلى عكس معظم الإيثانول الحيوي، فإنها لا تحول أي أرض زراعية بعيدًا عن إنتاج الغذاء.

في حين أن التكنولوجيا لا تزال في نطاق المختبر ، يقول الباحثون إن “أوراقهم الاصطناعية” هي خطوة مهمة في الانتقال بعيدًا عن الاقتصاد المعتمد على الوقود الأحفوري. نُشرت النتائج في مجلة Nature Energy .

يوصف الإيثانول الحيوي كبديل أنظف للبنزين ، لأنه مصنوع من النباتات بدلاً من الوقود الأحفوري، تعمل معظم السيارات والشاحنات على الطريق اليوم بالبنزين الذي يحتوي على ما يصل إلى 10٪ من الإيثانول (وقود E10).

الولايات المتحدة هي أكبر منتج للإيثانول الحيوي في العالم: وفقًا لوزارة الزراعة الأمريكية، يتم استخدام ما يقرب من 45 ٪ من جميع الذرة المزروعة في الولايات المتحدة لإنتاج الإيثانول .

قال البروفيسور إروين ريزنر، الذي قاد البحث: “الوقود الحيوي مثل الإيثانول هو تقنية مثيرة للجدل، لأسباب ليس أقلها أنها تستهلك أراضٍ زراعية يمكن استخدامها في زراعة الغذاء بدلاً من ذلك”.

لعدة سنوات، تعمل مجموعة ريزنر البحثية، ومقرها قسم الكيمياء يوسف حميد، على تطوير وقود مستدام خالٍ من الكربون مستوحى من عملية التمثيل الضوئي – وهي العملية التي تحول من خلالها النباتات ضوء الشمس إلى طعام – باستخدام أوراق اصطناعية.

حتى الآن، لم تتمكن هذه الأوراق الاصطناعية إلا من صنع مواد كيميائية بسيطة ، مثل غاز التخليط ، وهو خليط من الهيدروجين، وأول أكسيد الكربون الذي يستخدم لإنتاج الوقود والأدوية والبلاستيك والأسمدة. ولكن لجعل التكنولوجيا أكثر عملية ، يجب أن تكون قادرة على إنتاج مواد كيميائية أكثر تعقيدًا مباشرةً في خطوة واحدة تعمل بالطاقة الشمسية.

الآن ، يمكن للورقة الاصطناعية أن تنتج مباشرة إيثانول وبروبانول نظيفين دون الحاجة إلى خطوة وسيطة لإنتاج غاز التخليق.

طور الباحثون محفزًا قائمًا على النحاس والبلاديوم، تم تحسين المحفز بطريقة تسمح للورقة الاصطناعية بإنتاج مواد كيميائية أكثر تعقيدًا ، وتحديداً الكحولات المتعددة الكربونات ، والإيثانول، والبروبانول. كلا الكحولين عبارة عن وقود عالي الكثافة للطاقة يمكن نقله وتخزينه بسهولة.

أوراق اصطناعية باستخدام الطاقة من الشمس فقط.

تمكن علماء آخرون من إنتاج مواد كيميائية مماثلة باستخدام الطاقة الكهربائية، ولكن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إنتاج مثل هذه المواد الكيميائية المعقدة بأوراق اصطناعية باستخدام الطاقة من الشمس فقط.

قال الدكتور موتيار رهامان، المؤلف الأول للورقة البحثية: “إن تسليط ضوء الشمس على الأوراق الاصطناعية والحصول على وقود سائل من ثاني أكسيد الكربون والماء هو جزء مذهل من الكيمياء”، “عادةً، عندما تحاول تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى منتج كيميائي آخر باستخدام جهاز أوراق اصطناعية، فإنك تحصل دائمًا على أول أكسيد الكربون أو غاز التخليق ، ولكن هنا ، تمكنا من إنتاج وقود سائل عملي باستخدام طاقة الشمس فقط، إنه تقدم مثير يفتح آفاقًا جديدة تمامًا في عملنا “.

في الوقت الحاضر، يعد الجهاز دليلاً على المفهوم ولا يُظهر سوى كفاءة متواضعة، يعمل الباحثون على تحسين امتصاص الضوء حتى يتمكنوا من امتصاص ضوء الشمس بشكل أفضل وتحسين المحفز حتى يتمكن من تحويل المزيد من ضوء الشمس إلى وقود، كما سيتطلب الأمر مزيدًا من العمل لجعل الجهاز قابلاً للتطوير، بحيث يمكنه إنتاج كميات كبيرة من الوقود.

قالت ريزنر: “على الرغم من أنه لا يزال هناك عمل يتعين القيام به، فقد أظهرنا ما تستطيع هذه الأوراق الاصطناعية فعله”، “من المهم إظهار أنه يمكننا تجاوز أبسط الجزيئات وصنع أشياء مفيدة بشكل مباشر أثناء انتقالنا بعيدًا عن الوقود الأحفوري

تابعنا على تطبيق نبض