الهيدروجين الأخضر والنانو

مقدمة:

استخدام غاز الهيدروجين كوقود نظيف إذ أن احتراقه ينتج عنه بخار الماء لذا فهو غير ملوِّث للبيئة على الإطلاق، بجانب أنه أكثر كفاءة إذ أن الطاقة التي ينتجها كيلوجرام واحد من الوقود الهيدروجيني النظيف تساوي الطاقة الناتجة عن (2.8) كيلوجرام من وقود الجازولين الأحفوري الملوِّث للبيئة، بالإضافة إلى ذلك يُعَدُّ الوقود الهيدروجيني ناقلًا مثالياً للطاقة ما يعني أنه يمكن استخدامه بسهولة وسيطًا لتخزين الطاقة ونقلها.

إنتاج الهيدروجين المتجدد:

يعتمد إنتاج الهيدروجين الأخضر على عملية تسمى التحليل الكهربائي يتم خلالها تمرير تيار كهربائي لفصل جزيئات الماء إلى ذرات هيدروجين وأكسجين، وعند إنتاج الهيدروجين بهذه الطريقة فإن المنتج الثانوي الوحيد هو الماء ومع ذلك نستطيع توليد طاقة نظيفة يمكن استخدامها في الصناعة والنقل وغير ذلك، لكن تكمن المعضلة في أن تقنيات التحليل الكهربائي للمياه اليوم مكلفة جداً وتتطلب مياه محلاة عالية النقاء يصعب توفرها في المناطق الصحراوية.

الاقتصادي  البيئى والنانو:

تكمن مشكلة الهيدروجين في أنه لا يوجد بشكل طبيعي على كوكبنا في صورة غاز منفرد، لذا فإن التحدي الأساسي أمام استخدامه وقودًا يتمثل في كيفية استخلاصه من تلك المركبات التي يوجد بها، كما تتسم الطرق الحالية لاستخلاصه بعدم جدواها الاقتصادية والبيئية أيضًا إذ يُستخلَص من المركبات الهيدروكربونية –على رأسها الغاز الطبيعي– عبر طريقة تسمى “إعادة التشكيل”، كما يُستخلَص من الماء باستخدام “التحليل الكهربائي” وهو ما يستهلك كميات كبيرة للغاية من الطاقة الكهربائية مما يقلل من جدوى هذه الطرق.

لتلافي تلك المشكلات من خلال استخدام “عامل حفازنانو ضوئي” يمكن استخدام الطاقة الضوئية القادمة من أشعة الشمس للحصول على غاز الهيدروجين من الماء.

إن تطبيقات استخدام العوامل الحفازة الضوئية من ثنائي أكسيد التيتانيوم الموجودة حاليًّا محدودة؛ بسبب ضعف قدرتها على توليد طاقة من الضوء المرئي، إلا أن تقنيات النانو المبتكرة  تفتح الباب أمام توليد الطاقة من مدى أوسع من الضوء وقد يؤدي هذا إلى مستقبل واعد في إنتاج الوقود الهيدروجيني.

إذ أن عملية تنقية المياه لتهيئتها لتوليد الوقود الهيدروجيني أمر مكلف اقتصاديًّا لكن العامل الحفاز النانوي المبتكر  يستطيع تحمُّل الظروف القاسية من ملوحة الماء أو حتى وجود كائنات حية دقيقة بالماء الذي يجري استخلاص الهيدروجين منه.

إن كلًّا من مياه البحر وضوء الشمس متوفر بشكل مجاني مما يجعل تلك التقنية بمنزلة طفرة ثورية في الطاقة المتجددة مقارنةً بتقنية استخلاص الهيدروجين من المياه الموجودة حاليًّا؛ فهي توفر حلًّا مستدامًا لإنتاج الوقود الهيدروجيني وبتكلفة أقل بسبب توافر ماء البحر وعدم وجود حاجة إلى معالجته وتنقيته لاستخلاص غاز الهيدروجين منه.

بالإضافة إلى ذلك فإن العامل الحفاز النانوي يستطيع استغلال الطاقة الضوئية استغلالًا أكثر كفاءة وفاعلية؛ إذ يمكنه توليد الطاقة من مدى واسع من ضوء الشمس يضم الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء، وبالتالي تزداد كفاءته إلى الضِّعف لدى مقارنته بالعوامل الحفازة الضوئية المستخدمة حاليًّا التي لا يمكنها توليد الطاقة من الضوء المرئي الذي يمثل قرابة 43%من الطيف الشمسي.