علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
New Prototype Device Harvests Water From The Air to Make Hydrogen Fuel
(David Nield – بقلم: ديفيد نيلد)
ملخص المقالة:
ابتكر العلماء نموذجًا أوليًا لجهاز جديد، يعمل بالكهرباء المستمدة من الطاقة المتجددة، يمكنه تجميع المياه من الهواء الرطب، قبل تجزئته إلى هيدروجين وأكسجين، وهو قادر على العمل في المناطق منحفضة الرطوبة (4%). وتوجد الأقطاب على جانبي وحدة تجميع المياه، وهي مادة تشبه الإسفنج تمتص الماء من الهواء ولكنها تتضاعف أيضًا كخزان إلكتروليت. وكلا القطبين معزولان عن الهواء، مما يعني أنه يمكن تجميع الهيدروجين والأكسجين كغازات نقية بمجرد حدوث الانقسام.
( المقالة )
يمتلك الهيدروجين إمكانات هائلة كوقود نظيف: فهو متوفر (بشكل أساسي في مركبات مثل الماء)، ولا ينتج عنه أي انبعاثات ضارة، ويمكن استخدامه أيضًا لتخزين الطاقة من مصادر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والمد والجزر.
ورغم ذلك، هناك تحديات في إنتاج ما يكفي من الأشياء بطريقة عملية وبأسعار معقولة. وقد يتطلب فصل الهيدروجين عن الماء تقنية معقدة ويعتمد أيضًا على المياه العذبة النقية – وليس شيئًا متوفرًا بكثرة في كل مكان.
وقد ابتكر العلماء – الآن – نموذجًا أوليًا جديدًا لجهاز يمكنه تجميع المياه من الهواء الرطب، قبل تجزئته إلى هيدروجين وأكسجين. وعلاوة على ذلك، فهذا (الجهاز) قادر على العمل في المناطق التي تكون فيها الرطوبة – تركيز بخار الماء في الهواء – منخفضة بما يصل إلى 4 بالمائة.
“في هذا العمل، نؤكد أن الرطوبة في الهواء يمكن استخدامها مباشرة لإنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي، نظرًا لتوافرها العالمي وعدم استنفادها الطبيعي”، كتب الباحثون في ورقتهم البحثية المنشورة في مجلة الطبيعة (Nature): [https://www.nature.com/articles/s41467-022-32652-y].
والجهاز الذي وضعه الباحثون هو نموذج أولي لمحلل كهربي، يعمل بالكهرباء من الطاقة المتجددة، لتقسيم الماء إلى عناصره، الهيدروجين والأكسجين. وفي أحد الاختبارات باستخدام مصدر طاقة شمسية، كانت خمسة أجهزة تحليل كهربائية تعمل بالتوازي. وتوجد الأقطاب على جانبي وحدة تجميع المياه، وهي مادة تشبه الإسفنج تمتص الماء من الهواء ولكنها تتضاعف أيضًا كخزان إلكتروليت. وكلا القطبين معزولان عن الهواء، مما يعني أنه يمكن تجميع الهيدروجين والأكسجين كغازات نقية بمجرد حدوث الانقسام.
وقد تم اختبار عدد من المواد والإعدادات المختلفة لجعل النموذج الأولي للجهاز يعمل بمستوى مُرضٍ، وتمكنت إحدى الترتيبات التي جربها الباحثون من العمل بنجاح لمدة 12 يومًا متتالية.
وكتب الباحثون: “يمكن لهذه الوحدة المسماة بالتحليل الكهربي المباشر للهواء (Direct Air Electrolysis – DAE) أن تعمل في بيئة جافة جدًا مع رطوبة نسبية تبلغ 4 في المائة، والتغلب على مشكلات إمدادات المياه وإنتاج الهيدروجين الأخضر باستدامة مع حد تأثير أدنى على البيئة [https://www.nature.com/articles/s41467-022-32652-y].
وتعتبر مياه الشرب النظيفة مرتفعة الثمن في معظم الأماكن، لذلك يمكن استخدام هذا الجهاز في أي مكان دون استنفاد الاحتياطيات. ومع ذلك، فمن المحتمل أن يكون الأكثر استخدامًا في المناطق القاحلة أو شبه القاحلة حيث لا يوجد الكثير من المياه على الإطلاق.
وقد شهدنا طفرة مهمة أخرى فيما يتعلق بإنتاج وقود الهيدروجين مؤخرًا، حيث تم استخدام الألمنيوم والغاليوم لتقسيم جزيئات الهيدروجين والأكسجين في الماء. ولدى العلماء الآن طرق متعددة للمتابعة عندما يتعلق الأمر بجعل طاقة الهيدروجين حقيقة أكثر انتشارًا.
وتجدر الإشارة إلى أن هذه التقنية لا تزال في مراحلها الأولى: فقد أسفرت تركيبات ومواد التحليل الكهربي المباشر للهواء المختلفة عن نتائج مختلفة من حيث الكفاءة وتوليد الطاقة. ورغم ذلك، فإن الفريق واثق من إمكانية تحسين جهازهم وتوسيع نطاقه. “مزيد من التحسين لنسبة السطح إلى الحجم عن طريق القنوات الهندسية أو زيادة نسب مادة الإسفنج سيضمن معدل امتصاص الماء وهو أمر ضروري لتوسيع نطاق وحدات التحليل الكهربي المباشر للهواء”، كما كتب الباحثون [https: // www.nature.com/articles/s41467-022-32652-y].
وللمعلومية، فقد نُشر هذا البحث العلمي في مجلة “اتصالات الطبيعة” (Nature Communications) [https://www.nature.com/articles/s41467-022-32652-y].
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://www.sciencealert.com/new-prototype-device-harvests-water-from-the-air-to-make-hydrogen-fuel?
