تقنية جديدة لإنتاج الهيدروجين عبر شطر الماء المحفز ضوئيًا بكفاءة 9.2٪ من الشمس
كتبت : حبيبة جمال
طور فريق بحث أمريكي تقنية جديدة لإنتاج الهيدروجين من ضوء الشمس والماء. يعمل في بيئة داخلية ويستخدم المياه النقية وضوء الشمس المركّز ومحفز ضوئي لنتريد الغاليوم الإنديوم.
طور باحثو جامعة ميشيجان نظامًا جديدًا لتقسيم المياه بالحفاز الضوئي والذي يقال إنه قادر على الوصول إلى 9.2 ٪ من الطاقة الشمسية إلى الهيدروجين (STH).
يستخدم النظام المقترح الجزء الأعلى من الطاقة من الطيف الشمسي لتقسيم المياه والجزء السفلي من الطيف لتوفير الحرارة التي تشجع التفاعل. تسمح الحرارة الزائدة أيضًا للهيدروجين والأكسجين بالبقاء منفصلين ، بدلاً من تجديد روابطهما وتشكيل الماء مرة أخرى.
يعمل في بيئة داخلية ويستخدم المياه النقية وضوء الشمس المركّز ومحفز ضوئي لنتريد الغاليوم الإنديوم. قال العلماء إن محفز أشباه الموصلات ، وهو عبارة عن غابة من الأسلاك النانوية من نيتريد الإنديوم الغاليوم ، تنمو على سطح من السيليكون ، قادرة على أن تصبح أكثر كفاءة أثناء الاستخدام. يمتص الجهاز الفوتونات ويحولها إلى إلكترونات تستخدم لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين.
تتخلل الأسلاك النانوية كرات معدنية نانوية ، قطرها 1/2000 من المليمتر ، تستخدم تلك الإلكترونات والثقوب ، وهي فجوات موجبة الشحنة تترك وراءها عندما يتحرر الضوء للإلكترونات ، للمساعدة في توجيه التفاعل.
قال العلماء: “تحافظ طبقة عازلة بسيطة فوق اللوح على درجة حرارة دافئة 75 درجة مئوية ، أو 167 درجة فهرنهايت – دافئة بدرجة كافية للمساعدة في تشجيع التفاعل بينما تكون أيضًا باردة بدرجة كافية لأداء محفز أشباه الموصلات بشكل جيد”.
يزعمون أن النظام أكثر كفاءة بنحو 10 مرات من أنظمة فصل المياه بالطاقة الشمسية الأخرى من نفس النوع. قالوا إن التكلفة النهائية للهيدروجين يمكن أن تنخفض مع وجود أشباه موصلات أكبر.
قال الباحث بينج زوو: “لقد قللنا حجم أشباه الموصلات بأكثر من 100 مرة مقارنة ببعض أشباه الموصلات التي تعمل فقط في شدة الإضاءة المنخفضة”.
وصفت مجموعة البحث النظام في الدراسة “كفاءة الطاقة الشمسية إلى الهيدروجين بنسبة تزيد عن 9٪ في تحفيز فصل الماء عن طريق التحفيز الضوئي” ، التي نُشرت في مجلة Nature.
“تؤدي هذه الاستراتيجية المعتمدة على درجة الحرارة أيضًا إلى كفاءة STH تبلغ حوالي 7 ٪ من مياه الصنبور ومياه البحر المتاحة على نطاق واسع وكفاءة STH بنسبة 6.2 ٪ في نظام فصل المياه التحفيزي الضوئي على نطاق واسع بسعة ضوء شمسي طبيعي تبلغ 257 واط. قالوا.
ويروا أن التحدي التالي هو زيادة تحسين الكفاءة وتوليد هيدروجين عالي النقاء يمكن تغذيته مباشرة في خلايا الوقود.
