باحثون بالجامعة الأمريكية بالقاهرة يستخدمون ضوء الشمس لإنتاج وقود الهيدروجين

يحاول الباحثون في معامل تكنولوجيا النانو بالجامعة الأمريكية بالقاهرة على إيجاد وسائل لتوليد "الطاقة الذكية" بهدف إنتاج الوقود المتجدد والكهرباء من ضوء الشمس. ويقول الدكتور ناجح علام، مدرس تكنولوجيا النانو والطاقة المتجددة بقسم الفيزياء بالجامعة: "إن المجتمع الدولي يدرك الأزمة الناجمة عن استخدام الوقود الأحفوري ويركز بشكل متزايد على تطوير تقنيات الانبعاثات الخالية من الكربون باستخدام مصادر الطاقة المتجددة."
يُجري علام بحثه لتسخير الطاقة الشمسية علي مرحلتين: المرحلة الأولى تقوم علي استخدام المواد متناهية الصغر لاستغلال ضوء الشمس في إنتاج الوقود النظيف، مثل الهيدروجين، للحد من التلوث والغازات المسببة للاحتباس الحراري، وبالتالي، ارتفاع درجة حرارة الارض، أما المرحلة الثانية فتشمل استخدام المواد متناهية الصغر لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية عبر الخلايا الشمسية. ويقول علام: "الطاقة الشمسية هي واحدة من مصادر الطاقة المتجددة التي تؤخذ بعين الاعتبار لأنها الأكثر وفرة، وإذا تم تسخيرها بشكل فعال، فستصبح قادرة على تلبية احتياجات الطاقة العالمية في المستقبل القريب."
يعتبر الهيدروجين واحداً من أخف وأنظف الغازات، فعند استخدامه كوقود، لا ينتج الهيدروجين أي انبعاثات. فمنتجاته فقط هي الماء والحرارة والطاقة. ومع ذلك، فعملية استخراج الهيدروجين من الماء تستهلك الكثير من الطاقة والمال. ويتم حالياً تصنيع غاز الهيدروجين باستخدام الوقود الأحفوري الذي ينتج عنه انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الضارة.
ويقول علام إنه وفريقه يعملون علي تطوير التكنولوجيات التي تمكّن من استخدام الهيدروجين كمصدر للطاقة بكفاءة عالية وبتكلفة زهيدة، وليس كقناة لاستخدام الطاقة، "تستخدم أشعة الشمس لتقسيم جزيئات الماء إلى ذرات الأوكسجين والهيدروجين التي يمكن استخدامها لانتاج الطاقة النظيفة، ومن الناحية النظرية، يمكن استخدام أشعة الشمس لإثارة المواد شبه الموصلة، والتي بدورها تعمل كمحفز لتفاعل تقسيم جزيئات المياه في خلية كهروكيميائية.
لكي يضع نظريته حيز التنفيذ، يقوم علام بتصميم نظم كهروكيميائية ضوئية لإجراء عملية تقسيم جزيئات المياه باستخدام الطاقة الشمسية. ويقول علام عن تجربته: "هذه واحدة من أكثر التكنولوجيات الواعدة التي يجري تطويرها من قبل العلماء في القرن الحادي والعشرين، فنحن نركز علي إنتاج الهيدروجين كوقود نظيف وفعال حيث يمكن استخدامه لتشغيل كل شيء بدءاً من الأجهزة الكهربائية والمنزلية انتهاءً بالسيارات والطائرات. ونحن نعمل أيضاً على استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء وتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود مفيد."
لإجراء هذا البحث بشكل صحيح، يُصمم علام مختبر مواد الطاقة داخل حرم الجامعة الأمريكية بالقاهرة. يٌستخدم المختبر بشكل أساسي في تصميم وتجميع المواد متناهية الصغر لتحويل الطاقة الشمسية، وهو ما يعد تطبيقاً عملياً لبحث علام. وعند الانتهاء من إنشاءه، سوف يشتمل المختبر علي أجهزة إمدادات الطاقة لتركيب المواد، ومولد للطاقة الشمسية ومعدات لاختبار كفاءة الأجهزة التي أُنشئت لتحويل الطاقة الشمسية، بالإضافة إلي أجهزة أخري.
باستخدام تكنولوجيا النانو، أو علم التقنيات متناهية الصغر، يحقق العلماء تقدماً كبيراً في مكافحة المشكلات المزمنة مثل انتشار الغازات المسببة للاحتباس الحراري والاستهلاك الزائد للموارد الطبيعية المحدودة والتي تقلل من المتاح للأجيال القادمة. ويقول علام: "المختبر سيكون مفتوحاً لكل مجتمع الجامعة الأمريكية بالقاهرة، وكذلك لمن هم خارج الجامعة، ففي الواقع، نحن نعمل على إنشاء دبلوم في مجال الطاقة الشمسية وسوف يقضي الطلاب المسجلين في هذا البرنامج ما يقرب من خمسين في المئة من وقتهم في المختبر لتطوير وتصميم واختبار أجهزة الطاقة الشمسية."
حصل علام مؤخراً على جائزة جمعية مصر الخير عن أبحاثه لتحويل الطاقة الشمسية. جدير بالذكر أن مصر الخير هي منظمة غير حكومية تمكن المصريين من تطوير نماذج التنمية الذاتية المستدامة. فاز علام بالمركز الاول في فئة علوم الفيزياء دون طلاب عن مقالته عن التحكم في أكاسيد المعادن باستخدام تكنولوجيا النانو لتطوير مواد ونظم جديدة ذات خصائص فيزيائية وكيميائية فريدة، والتي يمكن أن تكون لها تطبيقات واعدة. وقد نُشرت المقالة في دورية نانو لأبحاث تكنولوجيا النانو التي تصدرها الجمعية الكيميائية الأمريكية.
بعد حصوله علي البكالوريوس والماجستير من قسم الكيمياء في جامعة القاهرة، انتقل علام الى الولايات المتحدة لإكمال درجة الدكتوراه في علوم وهندسة المواد من جامعة ولاية بنسلفانيا. في عام 2010، عمل علام في مختبر ديناميات الليزر بمعهد جورجيا للتكنولوجيا، حيث ركز على تصنيع المواد المختلطة لتحويل الطاقة الشمسية. وفي العام الماضي، انتقل علام إلى معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا كعالم أبحاث، قبل أن ينضم لهيئة التدريس بالجامعة الأمريكية بالقاهرة في خريف 2011.