أفضل بحث علمى لعام 2013 عن استخدام النانو فى "الطاقة الشمسية"

حصل ناجح علام، مدرس الفيزياء بالجامعة الأمريكية بالقاهرة، على جائزة أفضل بحث علمي منشور لعام 2013 من المركز القومي للبحوث، لبحثه المبتكر حول إمكانية استخدام تكنولوجيا النانو لتحويل الطاقة الشمسية إلى وقود أو كهرباء، وبالأخص لإنتاج مواد تحل محل استخدام مادة السيليكون الباهظة الثمن في بعض الصناعات المستدامة.
ويقول علام "مُنحت هذه الجائزة للجهد الذي بذله فريقي في اكتشاف وتصميم مواد متفاعلة للضوء، ومنخفضة التكلفة، ومتوازنة للغاية، من العناصر التي تتوافر بكثرة على كوكب الأرض وذلك لاستخدامها في تحويل الطاقة الشمسية."
فقد حصل علام على جائزة المركز القومي للبحوث لمقالته بعنوان " Layered Tantalum Oxynitride Nanarod Array Carpets for Efficient Photo electrochemical Conversion of Solar Energy: Experimental and DFT Insights " والتي تتحدث عن التحول الكهربائي الكيميائي الفعال للطاقة الشمسية، وتم نشرها في دورية "ACS Applied Materials and Interfaces".
يوضح علام أن المشكلة تكمن في نقص المواد المتوافرة والمنخفضة التكلفة اللازمة لإحلال السيليكون، وهي المادة الأكثر استخداماً في صناعة الألواح الشمسية.
ويقول، "تكمن المشكلة الأساسية في استخدام السيليكون أنه لازال مكلفا وصعب التصنيع. كما أن معظم المواد المماثلة للسيليكون ستنضب في خلال السنوات القادمة."
ويضيف علام أن عملية تحويل الرمال إلى سيليكون هي عملية مكلفة أيضا، "فبعد الحصول على الرمال، لابد من القيام بعمليات عديدة تتسم بالتعقيد لمعالجة الرمال، ولابد أيضا من العمل في حجرة نظيفة، وإلا تعود المادة إلى حالة الأكسدة مرة أخرى."
كما أن خصائص السليكون قد تتلف إذا تعرض إلى الحرارة أو الرطوبة، "ولأن الألواح الشمسية مصممة بالأساس لكي تناسب بيئة الولايات المتحدة الأمريكية، حيث لا تتواجد لديهم هذه الكميات من الأتربة مثل مصر، فإنه من الصعب استخدامهم في مناخ الشرق الأوسط. ففي حالة الرياح القوية، من الممكن أن تقوم الرمال بخدش الأسطح الواقية للألواح الشمسية مما يعرض السيليكون لعناصر الجو وقد يجعلها عديمة الفائدة. كما أن المادة الواقية المستخدمة في ألواح السيليكون الشمسية من الممكن خدشها بسهولة عندما يتم تنظيفها بشكل آلي. إجمالا إن السيليكون مادة جيدة ولكن لديه مشاكل عديدة."
ولمواجهة هذه المشاكل، طور علام وفريقه مواد تقوم بنفس مهام مادة السيليكون، ولكن تتميز بالوفرة، والثبات وقلة تكلفة التصنيع.
يقول علام "إن جمال المادة التي طورناها هو كونها تقوم بتنظيف ومعالجة نفسها بنفسها." وللحصول على تلك النتائج يستخدم علام مادة البوليمر.
ولكي يتمكن علام من التغلب على فكرة عدم توافر موارد كافية مماثلة لأمريكا، فقد اتبع وسائل حسابية في طرق بحثه مقارنة بوسيلة التجربة ثم الخطأ الشائعة. ولأن استيراد الكيماويات من أمريكا يعد مكلفا ويستهلك وقتا كبيرا، فقد كان من المهم أن يتطلب البحث القيام بموارد حسابية كبيرة للحصول على المواد المطلوبة. يقول، "نقوم بعمل معادلات حسابية تطلعنا منذ البداية نتيجة خلط مادتين معا، ثم نقوم بفرز ما يقرب من 100 مادة عن طريق الحسابات التي نقوم بها والتي نعتقد أنها ستنجح، ونذهب للمعمل، ونمزج المادتين ونأمل أن نصل للنتيجة المرجوة."
يركز علام على قيمة عمل طلاب الجامعة في معمل مواد الطاقة بالجامعة الأمريكية بالقاهرة. يقول علام، "إن طلاب الدراسات العليا، بسمات شاهين ورامي ناشد الذين عملوا معي في السنوات الثالثة الماضية كان لهم دور عظيم في نجاح هذه المقالة العلمية، إن منح الطلاب فرصا لإجراء الأبحاث، يكفل قدرتهم على التنافس مع مؤسسات التعليم العالي.
حصل علام على شهادة الدكتوراه في علوم المواد و الهندسة من جامعة بنسلفانيا. والتحق بعدها للعمل في معهد جورجيا للتكنولوجيا ثم انضم لمعمل الأبحاث الإلكترونية بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
عاد علام للقاهرة بعد عمله في معهد ماساتشوستس للتكنولوجي ليقوم بالتدريس والقيام بالأبحاث في الجامعة الأمريكية بالقاهرة. وبعد حصوله على دعم من الجامعة، أنشأ معمل مواد الطاقة الذي يستضيف فريقه البحثي.