يُعد الهيدروجين مصدر طاقة نظيف يحتاج إلى نظام تخزين آمن وموثوق، وهو ما يفتقر إليه حاليًا، تُعتبر مادة Layered Hydrogen Silicane (L-HSi) حامل هيدروجين صلبًا واعدًا، آمنًا وخفيف الوزن وفعالًا من حيث الطاقة، مع إمكانية تطبيقه عمليًا.
هذه المادة تطلق الهيدروجين عند تعرضها لمصادر ضوء منخفضة الشدة مثل ضوء الشمس أو مصابيح LED، ما يمثل اتجاهًا جديدًا لأبحاث أنظمة حاملي الهيدروجين.
يُعد الهيدروجين وقودًا واعدًا يمكن أن يحل محل الوقود الأحفوري التقليدي، إذ لا يصدر عنه ثاني أكسيد الكربون عند الاحتراق أو الأكسدة، ويمكن إنتاجه من مصادر متنوعة، ومع ذلك، يتطلب اقتصاد الهيدروجين ليس فقط إنتاجًا نظيفًا، بل أيضًا نظام تخزين ونقل آمن وفعال.
عيوب الأنظمة الحالية
تعاني الأنظمة الحالية من عدة عيوب: فتخزين الهيدروجين المضغوط ينخفض كثافته ويشكل خطر الانفجار، بينما تتطلب خزانات الهيدروجين السائل درجات حرارة منخفضة جدًا وطاقة كبيرة.
أما الأمونيا، فهي حامل هيدروجين سائل معروف بكثافة هيدروجين عالية، لكن تحرير الهيدروجين منها يحتاج طاقة كبيرة ويصاحبه مشاكل مثل التآكل والسمية.
لحل هذه المشكلات، اتجه الباحثون نحو المواد الصلبة الحاملة للهيدروجين، لكن معظم السبائك الصلبة تحتوي على معادن ثقيلة وتتمتع بسعات هيدروجين محدودة.
في اختراق حديث، اكتشف فريق بحثي من معهد العلوم طوكيو وجامعتي كينداي وتسوكوبا مادة جديدة تُدعى Layered Hydrogen Silicane (L-HSi)، يمكن إطلاق الهيدروجين من هذه المادة عند تعرضها للضوء المرئي في درجات الحرارة والضغط المحيطيين.
ونُشرت نتائجهم في مجلة Advanced Optical Materials .
تتكون L-HSi من السيليكون والهيدروجين بنسبة 1:1، وتتمتع بسعة هيدروجين عالية تصل إلى 3.44٪ من الوزن.
على عكس أنظمة التخزين التقليدية، فإنها مادة صلبة مستقرة يمكنها إطلاق الهيدروجين ببساطة عند التعرض لضوء منخفض الشدة.
تم تصنيع L-HSi عبر إزالة الكالسيوم من CaSi2 باستخدام محلول HCl، واختُبرت خصائصها في إطلاق الهيدروجين في جو من الأرجون باستخدام مفاعل غازي وإشعاع بمصباح زينون عند درجة حرارة وضغط محيطيين.
إنتاج الهيدروجين باستخدام مصادر ضوء منخفضة
يمتلك L-HSi فجوة ضوئية مقدارها 2.13 إلكترون فولت، أي ما يعادل طول موجي 600 نانومتر، ما يسمح له بامتصاص الضوء المرئي، أثناء الاختبارات، تم تشغيل الضوء بعد 10 دقائق من بدء التجربة وإيقافه عند الدقيقة 60، حيث لوحظ إطلاق غاز الهيدروجين بوضوح.
أكدت الاختبارات الحرارية في الظلام والتحليل الطيفي، أن إطلاق الهيدروجين ليس نتيجة تأثير حراري للضوء، بل يتم بواسطة إثارة فجوة الطاقة في L-HSi، حيث يُطلق الهيدروجين عند أطوال موجية أقل من 600 نانومتر، مع كفاءة كمية قصوى 7.3٪ عند 550 نانومتر.
أظهرت الاختبارات الطويلة أن حوالي 46.7٪ من ذرات الهيدروجين المرتبطة أُطلقت تحت ضوء مرئي ممتد، وأكد الفريق إمكانية إنتاج الهيدروجين باستخدام مصادر ضوء منخفضة الشدة واقتصادية مثل ضوء الشمس والمصابيح LED.
تمثل L-HSi مادة واعدة لتخزين الهيدروجين الصلب، آمنة وخفيفة وفعالة من حيث الطاقة، وتركز الأبحاث المستقبلية على تحسين قابلية إعادة الاستخدام والتوسع لتطبيقات عملية.
