عملية فصل الماء بالطاقة الشمسية تعزز الآمال بشأن استخدام الطاقة الهيدروجينية

المنزل الذي يتخيل أن يعيش فيه رويل فان دي كرول منزل صديق للبيئة تستخدم فيه الطاقة الهيدروجينية ، يحتوي سطح المنزل على خلايا شمسية حيث يتم فصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين، يقوم أنبوب بنقل غاز الهيدروجين إلى خزان ضغط في قبو المنزل حيث تحوله خلية وقود إلى كهرباء.
حتى تلك العملية الصديقة للبيئة قد تخلف ما يكفي من الهيدروجين لملء خزان سيارة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين.
هل هذا حلم بعيد المنال ، فلم يتخط فان دي كرول، عالم مواد في مركز هيلمهولتز للمواد والطاقة في برلين، وزملاؤه من جامعة دلفت للتكنولوجيا في هولندا سوى العقبة الأولى.

ابتكر فان دي كرول وزملاؤه جهاز وقود يعمل بالطاقة الشمسية يفصل الماء إلى هيدروجين وأوكسجين.
وبالرغم من أن الفكرة ليست جديدة ، إلا أن المادة جديدة. فقد دمج العلماء أنود ضوئي مصنوع من مادة فانادات بزموت أكسيد المعادن غير المكلفة بخلية شمسية بسيطة عبارة عن شريحة رقيقة معظم مكوناتها من مادة السيليكون.
والجهاز ليس فقط غير قابل للتآكل لكنه أيضا أرخص من أجهزة سابقة تستخدم لفصل مكونات الماء.
ويصف فان دي كرول، الذي يعمل في معهد وقود الطاقة الشمسية التابع للمركز، ذلك بانه "انطلاقة مبدئية".
لكن الجهاز الجديد يخزن فقط خمسة في المئة من الطاقة الشمسية كيميائيا في شكل هيدروجين. وأقر فان دي كرول بان الابتكار يتطلب أن تكون كفاءة تحويل الطاقة الشمسية إلى مادة كيميائية عشرة في المئة على الأقل حتى يكون هذا الابتكار قابلا للتسويق. ويعتقد فان دي كرول أن ذلك ممكنا.
وأضاف: "قبل بضع سنوات ما وصلنا إليه كان واحد في المئة ... في غضون خمس إلى عشر سنوات يمكننا أن نحقق نسبة العشرة في المئة "، إما باستخدام مادة فانادات البزموت أو أكسيد المعادن الذي يعتبر ملائم بشكل أكبر باعتباره من أشباه الموصلات.
وتنتج الخلايا الشمسية التقليدية اليوم الكهرباء بكفاءة تزيد على 20 في المئة. لكن تكمن المشكلة في أن كميات كبيرة من الكهرباء لا يمكن تخزينها بكفاءة.
وقال وزير البيئة الألماني بيتر ألتماير إنه متفائل بأن هذا التطور الجديد يمكن أن يساعد على جعل عملية إنتاج الهيدروجين أسهل.
وتمثل تقنيات التخزين الفعالة جانبا مهما من تحول ألمانيا الطموح من الوقود النووي و الأحفوري إلى مصادر الطاقة المتجددة.
وعلق بيتر ستراسر، عالم مواد في جامعة برلين التقنية، قائلا إن تحويل الطاقة الشمسية عن طريق خلية كميوكهروضوئية كفائتها خمسة في المئة يعد تقدما هائلا وغير عادي".
وأضاف: "نحن متحمسون لرؤية استقرار الخلية على المدى البعيد".
وفي أواخر تسعينيات القرن الماضي، أنتج علماء أمريكيون هيدروجين باستخدام أشعة الشمس، لكنهم استخدموا أشباه موصلات مكلفة للغاية، حيث قد تبلغ تكلفة المتر المربع الواحد من الخلايا الشمسية 50 ألف دولار.
ومن الناحية الفنية، يمكن أيضا إنتاج الهيدروجين باستخدام الخلايا الشمسية التقليدية من أجل التحليل الكهربائي للماء. وعلى الرغم من ذلك، فإن هذه الطريقة مكلفة للغاية، حسبما قال فان دي كرول.
وقال فان دي كرول إنه عندما تنضج التكنولوجيا الجديدة تماما، أي تصل لأداء شمسي بمعدل 600 وات لكل متر مربع في ألمانيا، فإن مئة متر مربع من الخلايا الجديدة يمكن أن تخزن ثلاثة كيلو وات/ساعة من الطاقة في شكل هيدروجين باستغلال ساعة من أشعة الشمس.
ويمكن استخدام هذه الطاقة أثناء الليل أو في الأيام الغائمة و قد تكون كافية لإمداد جهاز الكمبيوتر أو التلفزيون بالطاقة لمدة سبع ساعات، أو لإضاءة غرفة بمصباح قدرته عشرة واط لمدة 300 ساعة.
وأشار فان دي كرول إلى أن "الهيدروجين هو أعلى وقود موجود منتج للطاقة"، لافتا إلى أن أي خلية وقود تستخدمه يمكن أن تنتج طاقة بنسبة تصل إلى 65 في المئة.
يشار إلى أن وقود الهيدروجين لا تنبعث منه غازات ضارة مسببة للاحتباس الحراري