اكتشاف طريقة بسيطة لإنتاج الهيدروجين من الماء في درجة حرارة الغرفة!
صورة تعبيرية
يعد وقود الهيدروجين بأن يكون مصدرا نظيفا ووفيرا للطاقة في المستقبل - طالما يمكن للعلماء اكتشاف طرق لإنتاجه عمليا وبتكلفة منخفضة، وبدون الوقود الأحفوري.
وتزودنا دراسة جديدة بخطوة واعدة أخرى في هذا الاتجاه، بشرط أن تتمكن من الاستفادة من الإمدادات الحالية من الألمنيوم والغاليوم بعد الاستهلاك.
وفي البحث الجديد، يصف العلماء طريقة بسيطة نسبيا تتضمن جزيئات الألمنيوم النانوية القادرة على تجريد الأكسجين من جزيئات الماء وترك غاز الهيدروجين.
وتنتج العملية كميات كبيرة من الهيدروجين، وكلها تعمل في درجة حرارة الغرفة.
وهذا يزيل أحد أكبر العوائق التي تحول دون إنتاج وقود الهيدروجين: الكميات الكبيرة من الطاقة المطلوبة لإنتاجه باستخدام الأساليب الحالية.
وتعمل هذه التقنية مع أي نوع من المياه أيضا، بما في ذلك مياه الصرف الصحي ومياه المحيط.
ويقول عالم المواد سكوت أوليفر من جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز (UCSC): "لسنا بحاجة إلى أي مدخلات للطاقة، وهي تتسبب في فقاعات الهيدروجين بجنون. لم أر شيئا مثله من قبل".
ويكمن مفتاح العملية في استخدام معدن الغاليوم لتمكين التفاعل المستمر مع الماء. ويُعرف تفاعل الألومنيوم والغاليوم والماء هذا منذ عقود، ولكن هنا قام الفريق بتحسينه بعدة طرق.
وبمساعدة المسح المجهري الإلكتروني وتقنيات حيود الأشعة السينية، تمكن الباحثون من العثور على أفضل مزيج من الألومنيوم والغاليوم لإنتاج الهيدروجين بأكبر قدر من الكفاءة: مركب 3:1 من الغاليوم والألمنيوم.
وتؤدي السبائك الغنية بالغاليوم مهمة مزدوجة في إزالة طلاء أكسيد الألومنيوم (الذي عادة ما يمنع التفاعل مع الماء) وفي إنتاج جسيمات الألمنيوم النانوية التي تتيح تفاعلات أسرع.
وكما يقول باكتان سينغارام، أستاذ الكيمياء العضوية في جامعة كاليفورنيا: "يفصل الغاليوم الجسيمات النانوية ويمنعها من التكتل إلى جزيئات أكبر. وكافح الناس لصنع جزيئات الألمنيوم النانوية، وها نحن ننتجها تحت الضغط الجوي العادي وظروف درجة حرارة الغرفة".
ويقول الباحثون إن طريقة الخلط ليست معقدة، ويمكن تخزين المادة المركبة لمدة ثلاثة أشهر على الأقل عند غمرها في الهكسان الحلقي لحمايتها من الرطوبة، ما قد يؤدي إلى تدهور فعاليتها. والألمنيوم أسهل في الحصول عليه من الغاليوم لأنه يمكن الحصول عليه من مواد ما بعد الاستهلاك، مثل علب الألمنيوم المهملة والرقائق المعدنية.
ويعتبر الغاليوم أكثر تكلفة وأقل وفرة، ولكن في هذه العملية على الأقل يمكن استعادته وإعادة استخدامه عدة مرات دون أن يفقد فعاليته.
ولا يزال هناك عمل يجب القيام به، ليس أقله في التأكد من إمكانية توسيع نطاقه من إعداد معمل إلى شيء يمكن استخدامه على نطاق صناعي. ومع ذلك، فإن العلامات المبكرة تشير إلى أن هذه طريقة أخرى لديها الكثير من الإمكانات لإنتاج وقود الهيدروجين.
واستنتج الباحثون في ورقتهم البحثية: "بشكل عام، ينتج مزيج Ga-Al [الغاليوم والألومنيوم الغني بالاليوم] كميات كبيرة من الهيدروجين في درجة حرارة الغرفة مع عدم وجود مدخلات للطاقة، أو التلاعب بالمواد، أو تعديل الأس الهيدروجيني".
صورة تعبيرية
يعد وقود الهيدروجين بأن يكون مصدرا نظيفا ووفيرا للطاقة في المستقبل - طالما يمكن للعلماء اكتشاف طرق لإنتاجه عمليا وبتكلفة منخفضة، وبدون الوقود الأحفوري.
وتزودنا دراسة جديدة بخطوة واعدة أخرى في هذا الاتجاه، بشرط أن تتمكن من الاستفادة من الإمدادات الحالية من الألمنيوم والغاليوم بعد الاستهلاك.
وفي البحث الجديد، يصف العلماء طريقة بسيطة نسبيا تتضمن جزيئات الألمنيوم النانوية القادرة على تجريد الأكسجين من جزيئات الماء وترك غاز الهيدروجين.
وتنتج العملية كميات كبيرة من الهيدروجين، وكلها تعمل في درجة حرارة الغرفة.
وهذا يزيل أحد أكبر العوائق التي تحول دون إنتاج وقود الهيدروجين: الكميات الكبيرة من الطاقة المطلوبة لإنتاجه باستخدام الأساليب الحالية.
وتعمل هذه التقنية مع أي نوع من المياه أيضا، بما في ذلك مياه الصرف الصحي ومياه المحيط.
ويقول عالم المواد سكوت أوليفر من جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز (UCSC): "لسنا بحاجة إلى أي مدخلات للطاقة، وهي تتسبب في فقاعات الهيدروجين بجنون. لم أر شيئا مثله من قبل".
ويكمن مفتاح العملية في استخدام معدن الغاليوم لتمكين التفاعل المستمر مع الماء. ويُعرف تفاعل الألومنيوم والغاليوم والماء هذا منذ عقود، ولكن هنا قام الفريق بتحسينه بعدة طرق.
وبمساعدة المسح المجهري الإلكتروني وتقنيات حيود الأشعة السينية، تمكن الباحثون من العثور على أفضل مزيج من الألومنيوم والغاليوم لإنتاج الهيدروجين بأكبر قدر من الكفاءة: مركب 3:1 من الغاليوم والألمنيوم.
وتؤدي السبائك الغنية بالغاليوم مهمة مزدوجة في إزالة طلاء أكسيد الألومنيوم (الذي عادة ما يمنع التفاعل مع الماء) وفي إنتاج جسيمات الألمنيوم النانوية التي تتيح تفاعلات أسرع.
وكما يقول باكتان سينغارام، أستاذ الكيمياء العضوية في جامعة كاليفورنيا: "يفصل الغاليوم الجسيمات النانوية ويمنعها من التكتل إلى جزيئات أكبر. وكافح الناس لصنع جزيئات الألمنيوم النانوية، وها نحن ننتجها تحت الضغط الجوي العادي وظروف درجة حرارة الغرفة".
ويقول الباحثون إن طريقة الخلط ليست معقدة، ويمكن تخزين المادة المركبة لمدة ثلاثة أشهر على الأقل عند غمرها في الهكسان الحلقي لحمايتها من الرطوبة، ما قد يؤدي إلى تدهور فعاليتها. والألمنيوم أسهل في الحصول عليه من الغاليوم لأنه يمكن الحصول عليه من مواد ما بعد الاستهلاك، مثل علب الألمنيوم المهملة والرقائق المعدنية.
ويعتبر الغاليوم أكثر تكلفة وأقل وفرة، ولكن في هذه العملية على الأقل يمكن استعادته وإعادة استخدامه عدة مرات دون أن يفقد فعاليته.
ولا يزال هناك عمل يجب القيام به، ليس أقله في التأكد من إمكانية توسيع نطاقه من إعداد معمل إلى شيء يمكن استخدامه على نطاق صناعي. ومع ذلك، فإن العلامات المبكرة تشير إلى أن هذه طريقة أخرى لديها الكثير من الإمكانات لإنتاج وقود الهيدروجين.
واستنتج الباحثون في ورقتهم البحثية: "بشكل عام، ينتج مزيج Ga-Al [الغاليوم والألومنيوم الغني بالاليوم] كميات كبيرة من الهيدروجين في درجة حرارة الغرفة مع عدم وجود مدخلات للطاقة، أو التلاعب بالمواد، أو تعديل الأس الهيدروجيني".
