علماء يستخدمون “الكانز” لإنتاج الطاقة النظيفة

الترند العربي – متابعات

نجح علماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في تطوير طريقة مبتكرة لتوليد وقود الهيدروجين باستخدام الألومنيوم ومياه البحر، وهو ما قد يؤدي إلى تحويل أنظمة الطاقة المستدامة للتطبيقات البحرية.

يعرف معظم الناس الألومنيوم باعتباره المادة المستخدمة في علب الصودا ورقائق الألومنيوم، ولكن هذا المعدن الشائع يحمل في الواقع قوة طاقة مذهلة، وفقًا لـ«studyfinds».

عند معالجة هذا المعدن بشكل صحيح، يمكن للألومنيوم أن يتفاعل مع الماء لإنتاج غاز الهيدروجين، وهو وقود نظيف لا ينبعث منه بخار الماء إلا عند حرقه.

وفي حين أن هذا التفاعل الأساسي معروف منذ بعض الوقت، فإن جعله عمليًا وفعّالاً من حيث التكلفة على نطاق واسع ظل يمثل تحديًا.

وتوصل فريق بحثي بقيادة آلي كومبارجي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى أنه من خلال طلاء الألومنيوم بمزيج معدني سائل خاص من الجاليوم والإنديوم يسمى «eGaIn»، يمكنهم تحفيز تفاعله مع مياه البحر لتوليد الهيدروجين بكفاءة.

وبينما يرغب الألومنيوم بشكل طبيعي في التفاعل مع الماء لإنتاج الهيدروجين، فإنه يواجه تحديًا أساسيًا. ففي اللحظة التي يتلامس فيها الألومنيوم مع الأكسجين في الهواء، يشكل سطحه طبقة أكسيد واقية تمنع حدوث المزيد من التفاعلات. ويفسر هذا الحاجز سبب عدم ظهور فقاعات الهيدروجين عندما تسقط علبة صودا في الماء.

وقد تحقق هذا الاختراق عندما اكتشف الباحثون أن الملوحة الطبيعية لمياه البحر تساعد على جمع واستعادة أكثر من 90% من طلاء الجاليوم والإنديوم بعد التفاعل.

وهذا ممكن لأن أيونات الملح في مياه البحر تخلق ما يسمى بـ«طبقة مزدوجة كهربائية» حول قطرات المعدن السائل، مما يمنعها من التفكك ويسمح لها بالتجمع مرة أخرى وهو عامل حاسم لأن الجاليوم والإنديوم من المعادن النادرة والمكلفة نسبيًا.

وفي تطور غير متوقع، اكتشف الفريق أن بقايا القهوة تعمل على تسريع التفاعل بشكل كبير عند إضافتها إلى الخليط. وقد دفعهم هذا الاكتشاف في المختبر إلى التحقيق في المادة الفعالة في الكافيين وهي الإيميدازول والتي أثبتت أنها المادة المسرعة الرئيسية.

واختبر الباحثون نظامهم باستخدام مياه البحر التي تم جمعها من شاطئ ريفير بالقرب من بوسطن. وعند اختبار حلول مختلفة، وجدوا أن إضافة كمية صغيرة من الإيميدازول تعمل على تسريع التفاعل بشكل كبير مع الحفاظ على معدلات استرداد عالية لطلاء المعدن السائل.

وعند الجمع بين التسخين المسبق لمياه البحر إلى حوالي 80 درجة مئوية، يمكنهم توليد الهيدروجين في أقل من 10 دقائق، أسرع بكثير من الطرق السابقة التي قد تستغرق ساعات.

وللتحقق من أن النتائج التي توصلوا إليها، قام الفريق بتوسيع التفاعل لاستخدام 50 جرامًا من الألومنيوم مع 5 لترات من مياه البحر، مع الحفاظ على كفاءة مماثلة.

وسيخزن النظام حبيبات الألومنيوم المعاد تدويرها مع كميات صغيرة من الجاليوم والإنديوم والإيميدازول، ويجمع بين هذه المكونات ومياه البحر المحيطة لتوليد الهيدروجين عند الطلب. وقد حسبوا أن المفاعل الذي يحمل حوالي 40 رطلاً من حبيبات الألومنيوم يمكن أن يزود طائرة شراعية صغيرة تحت الماء بالطاقة لمدة 30 يومًا تقريبًا.

وتعالج هذه التقنية تحديًا رئيسيًا في تبني وقود الهيدروجين، الحاجة إلى نقل وتخزين غاز الهيدروجين المتطاير. ويوضح كومبارجي: «هذا مثير للاهتمام للتطبيقات البحرية مثل القوارب أو المركبات تحت الماء لأنك لن تضطر إلى حمل مياه البحر، فهي متاحة بسهولة. كما أننا لسنا مضطرين إلى حمل خزان من الهيدروجين. بدلاً من ذلك، سننقل الألومنيوم باعتباره وقودًا ونضيف الماء فقط لإنتاج الهيدروجين الذي نحتاجه».