خبراء يطورون وقودا نظيفا يمكنه تشغيل السيارات بأشعة الشمس

ابتكر العلماء الوقود النظيف بيئياً المصنوع من أشعة الشمس ويمكن أن يحدث ثورة في صناعة السيارات، تعمل التكنولوجيا التي تعمل بالطاقة الشمسية على تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى وقود سائل يمكن إسقاطه مباشرة في محرك السيارة.

سخر الباحثون من جامعة كامبريدج قوة التمثيل الضوئي لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء وأشعة الشمس إلى وقود متعدد الكربون - الإيثانول والبروبانول - في خطوة واحدة.

وفقاً للعلماء، تتميز هذه الأنواع من الوقود بكثافة عالية من الطاقة ويمكن تخزينها ونقلها بسهولة.

تشغيل السيارات بأشعة الشمس بدلاً من الوقود

على عكس الوقود الأحفوري، فإن هذه الأنواع من الوقود الشمسي تنتج انبعاثات كربونية صافية صفرية وهي قابلة للتجديد تماماً - وعلى عكس معظم الإيثانول الحيوي، فإنها لا تحول أي أرض زراعية بعيداً عن إنتاج الغذاء، كما قال الخبراء.

في حين أن التكنولوجيا ما تزال قيد الاختبار، قال الباحثون: "إن البحث عن بدائل هي خطوة مهمة في الانتقال بعيداً عن الاقتصاد المعتمد على الوقود الأحفوري".

وقال الدكتور موتيار رحمان، المؤلف الأول للدراسة الجديدة: "إن تسليط ضوء الشمس على الأوراق الاصطناعية والحصول على وقود سائل من ثاني أكسيد الكربون والماء هو جزء مذهل من الكيمياء".

وتابع: "عادةً، عندما تحاول تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى منتج كيميائي آخر باستخدام جهاز أوراق اصطناعية، فإنك تحصل دائماً على أول أكسيد الكربون أو غاز التخليق، ولكن هنا، تمكنا من إنتاج وقود سائل عملي باستخدام طاقة الشمس فقط، إنه تقدم مثير يفتح آفاقاً جديدة تماماً في عملنا."

غالباً ما يوصف الإيثانول الحيوي كبديل أنظف للبنزين، لأنه مصنوع من النباتات بدلاً من الوقود الأحفوري.

وقود بديل للبنزين

تعمل معظم السيارات والشاحنات على الطريق اليوم بالبنزين الذي يحتوي على ما يصل إلى 10% من الإيثانول - المعروف أيضاً باسم وقود E10.

وقال البروفيسور إروين ريزنر، الذي قاد البحث: "الوقود الحيوي مثل الإيثانول هو تقنية مثيرة للجدل، لأسباب ليس أقلها أنها تشغل أراضٍ زراعية يمكن استخدامها في زراعة الغذاء بدلاً من ذلك."

الولايات المتحدة هي أكبر منتج للإيثانول الحيوي في العالم - وفقاً لوزارة الزراعة الأمريكية، مع ما يقرب من 45% من جميع الذرة المزروعة في الولايات المتحدة تستخدم لإنتاج الإيثانول.

تطوير وقود مستدام

تعمل مجموعة البروفيسور ريزنر البحثية، ومقرها قسم الكيمياء في يوسف حميد، على تطوير أنواع وقود مستدامة وخالية من الكربون لعدة سنوات.

بحث الفريق مستوحى من عملية التمثيل الضوئي - العملية التي تحول النباتات من خلالها ضوء الشمس إلى طعام - باستخدام أوراق اصطناعية.

قال باحثون إن هذه الأوراق الاصطناعية، حتى الآن، كانت قادرة فقط على صنع مواد كيميائية بسيطة، مثل غاز التخليط، وهو مزيج من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون يستخدم في إنتاج الوقود والأدوية والبلاستيك والأسمدة.

ولكن لجعل التكنولوجيا أكثر عملية، يجب أن تكون قادرة على إنتاج مواد كيميائية أكثر تعقيداً مباشرةً في خطوة واحدة تعمل بالطاقة الشمسية.

الآن يمكن للورقة الاصطناعية أن تنتج مباشرة إيثانول وبروبانول نظيفين دون الحاجة إلى خطوة وسيطة لإنتاج غاز التخليق.

تطوير وقود من أشعة الشمس

لذلك طور الباحثون محفزاً قائماً على النحاس والبلاديوم، تم تحسينه للسماح للورقة الاصطناعية بإنتاج مواد كيميائية أكثر تعقيداً - وتحديداً الكحوليات المتعددة الكربون والإيثانول و n-propanol.

قال العلماء إن كلا الكحولين من أنواع الوقود عالية الكثافة الطاقية ويمكن نقلها وتخزينها بسهولة.

تمكن علماء آخرون من إنتاج مواد كيميائية مماثلة باستخدام الطاقة الكهربائية، ولكن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إنتاج مثل هذه المواد الكيميائية المعقدة بورقة اصطناعية باستخدام الطاقة من الشمس فقط.

وقال البروفيسور ريزنر، زميل كلية سانت جون بكامبريدج: "على الرغم من أنه لا يزال هناك عمل يتعين القيام به، فقد أظهرنا ما تستطيع هذه الأوراق الاصطناعية فعله.

وأضاف: "من المهم إظهار أنه يمكننا تجاوز أبسط الجزيئات وصنع أشياء مفيدة بشكل مباشر أثناء انتقالنا بعيداً عن الوقود الأحفوري."

وأضاف مؤلفو الدراسة أن الجهاز حالياً "دليل على المفهوم" ولا يظهر سوى كفاءة متواضعة، يعمل الباحثون على تحسين امتصاص الضوء حتى يتمكنوا من امتصاص ضوء الشمس بشكل أفضل وتحسين المحفز حتى يتمكن من تحويل المزيد من ضوء الشمس إلى وقود.