تكنولوجيا جديدة لتسريع تصنيع الهيدروجين الأخضر بلا طاقة خارجية

طور معهد كوريا للآلات والمواد (KIMM)، التابع للمجلس الوطني للبحوث في العلوم والتكنولوجيا، تقنية جديدة تولّد تيارًا ضوئيًا عاليًا بشكل مستقر تحت ضوء الشمس الطبيعي لإنتاج الهيدروجين بكفاءة.

وساهم هذا الابتكار، الذي يُبسّط العمليات المعقدة متعددة الخطوات، في تقليص وقت التصنيع بشكل كبير، ومن المتوقع أن يُسرّع من تسويق تقنيات إنتاج الهيدروجين بالطاقة الشمسية.

قاد فريق البحث الدكتور “جيهي لي”، الباحث الرئيسي ورئيس مركز أبحاث الطباعة النانوية والتصنيع في قسم أبحاث التصنيع النانوي المتقارب في المعهد، حيث نجح الفريق في تطوير تقنية لزيادة إنتاجية أقطاب BiVO₄ (فانادات البزموت) الضوئية، وبالتالي تعزيز إنتاج الهيدروجين.

نُشرت نتائج الدراسة في مجلة كيمياء المواد A .

ويُعد BiVO₄ أكسيدًا معدنيًا معترفًا به كمادة أساسية في أنظمة تقسيم المياه بالطاقة الشمسية، نظرًا لقدرته العالية على امتصاص الضوء وكفاءته في تحويل الطاقة الشمسية إلى هيدروجين.

في السابق، كان تحضير محاليل BiVO₄ الأولية محدودًا بتركيز لا يتجاوز 100 ملي مولار، ما استلزم تكرار عمليات الطلاء بالدوران والمعالجة الحرارية أكثر من ثماني مرات لتكوين أغشية رقيقة عالية الأداء، وهو ما تسبب في إبطاء العملية وزيادة استهلاك المواد وانخفاض الإنتاجية.

وللتغلب على هذه التحديات، طوّر الفريق محلولًا أوليًا عالي التركيز من BiVO₄، بمزج الأسيتيل أسيتون وحمض الأسيتيك وثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) بطريقة مثالية.

وبفضل هذا المحلول، أصبح من الممكن إنتاج أغشية رقيقة عالية الأداء من خلال طلاء دوار بخطوة واحدة فقط، مما زاد من الإنتاجية بنحو 5.9 مرات مقارنةً بالأساليب التقليدية.

كما قام الفريق بتصنيع قطب ضوئي بمساحة 144 سم²، وربط أربعة أقطاب لإنشاء نظام ضوئي فائق بمساحة إجمالية قدرها 576 سم².

واللافت أن النظام، عند ربطه بخلايا شمسية من السيليكون، تمكن من إنتاج الهيدروجين باستخدام ضوء الشمس الطبيعي فقط، دون أي مصدر طاقة خارجي.

وقد أثبت هذا النظام قدرته على توليد تيارات ضوئية عالية ومستقرة حتى في ضوء الشمس الطبيعي، مما يحسن من كفاءة وإمكانية تسويق الهيدروجين الأخضر اقتصاديًا.

وقالت الدكتورة جيهي لي: “يُعد هذا البحث تحولًا جوهريًا في تصنيع الأقطاب الضوئية واسعة النطاق، بفضل تطوير محلول أولي عالي التركيز من BiVO₄. ونتوقع أن يساهم هذا الابتكار في تسريع التحول إلى الطاقة المستدامة وتسويق الهيدروجين الأخضر تجاريًا“

وقد تقدم الفريق بطلبات للحصول على براءات اختراع محلية، بالإضافة إلى براءات بموجب معاهدة التعاون بشأن البراءات (PCT) استنادًا إلى هذه التقنية.