باحثون يطورون خلايا شمسية يمكنها إنتاج غازات دفيئة أقل ضررًا

نجح باحثون في مجال الكيمياء في تعديل الخلايا الشمسية، بما يمكّنها من إنتاج غازات دفيئة أقل ضررًا، التزامًا بخفض الانبعاثات وتحقيق الحياد الكربوني.

استعمل الباحثون في قسم الكيمياء التابع لجامعة كارولينا الشمالية في تشابل هيل، الرقائق الإلكترونية لحصد طاقة الشمس وتحويلها إلى مركبات عالية الطاقة لديها القدرة على إنتاج وقود صديق للبيئة.

ويُعدّ ثاني أكسيد الكربون هو أحد غازات الدفيئة الرئيسة التي تسهم في تغير المناخ.

ومن خلال تحويله إلى أول أكسيد الكربون، وهو غاز دفيئة أقل ضررًا وعنصر أساس في أنواع الوقود الأكثر تعقيدًا، قال الباحثون، إنهم من المحتمل أن يخففوا من التأثير البيئي لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

تعديل الخلايا الشمسية

تحمل الورقة البحثية عنوان "إنهاء الميثيل للسيليكون من النوع بي يمكّن من التخفيض الانتقائي لثاني أكسيد الكربون الكهروضوئي الكيميائي بواسطة محفز الروثينيوم الجزيئي".

ويشرح الباحثون كيف يستعملون عملية تسمى إنهاء الميثيل الذي يُستعمل مركبًا عضويًا بسيطًا من ذرة كربون واحدة مرتبطة بـ3 ذرات هيدروجين لتعديل سطح السيليكون، وهو مكون أساس في الخلايا الشمسية، لتحسين أدائه في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون باستعمال ضوء الشمس.

واعتمد بحث تعديل الخلايا الشمسية على عملية تسمى التمثيل الضوئي الاصطناعي، تحاكي كيفية استعمال النباتات لأشعة الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى جزيئات غنية بالطاقة.

وقالت المؤلفة الأولى للدراسة غابرييلا بين: "أحد التحديات التي تواجه الطاقة الشمسية هو أنها ليست متاحة دائمًا عندما نكون في أمسّ الحاجة إليها"، وفق تصريحاتها في بيان صحفي.

وتابعت: "التحدي الآخر هو أن الكهرباء المتجددة، مثل تلك الناتجة عن ألواح الطاقة الشمسية، لا توفر بشكل مباشر المواد الخام اللازمة لصنع المواد الكيميائية.. هدفنا هو تخزين الطاقة الشمسية في شكل وقود سائل يمكن استعماله لاحقًا".

طريقة إنتاج أول أكسيد الكربون

استعمل الباحثون محفز الروثينيوم الجزيئي مع قطعة من السيليكون المعدل كيميائيًا، تسمى القطب الضوئي، ما سهّل تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون باستعمال الطاقة الضوئية دون إنتاج منتجات ثانوية غير مرغوب فيها، مثل غاز الهيدروجين، ما يجعل العملية أكثر كفاءة لتحويل ثاني أكسيد إلى مواد أخرى.

وقالت المؤلفة المشاركة في الورقة البحثية جيليان ديمبسي، إنهم عندما أجروا تجارب في محلول مملوء بثاني أكسيد الكربون، وجدوا أنهم يستطيعون إنتاج أول أكسيد الكربون بكفاءة 87%.

وهو ما يعني أن النظام الذي يستعمل أقطاب السيليكون الضوئية المعدلة يُعدّ قابلًا للمقارنة، أو أفضل من الأنظمة التي تستعمل الأقطاب المعدنية التقليدية، مثل الذهب أو البلاتين.

بالإضافة إلى ذلك، استعمل القطب الكهروضوئي السيليكوني طاقة كهربائية أقل بمقدار 460 مللي فولت لإنتاج تفاعل مقارنةً باستعمال الكهرباء فقط، وفق ما جاء في بيان صحفي أصدرته جامعة كارولينا الشمالية.

ووصفت ديمبسي هذا الأمر بأنه مهم، لأن العملية تستعمل حصاد الضوء المباشر لتكملة أو تعويض الطاقة المطلوبة لدفع التفاعل الكيميائي الذي يحوّل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون.

وقالت ديمبسي: "الأمر المثير للاهتمام هو أن أسطح السيليكون عادةً تنتج غاز الهيدروجين بدلًا من أول أكسيد الكربون، ما يجعل إنتاجه من ثاني أكسيد الكربون أكثر صعوبة".

وتابعت: "باستعمال سطح السيليكون الخاص المنتهي بالميثيل، تمكّنّا من تجنّب هذه المشكلة.. تعديل سطح السيليكون يجعل عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون أكثر كفاءة وانتقائية، وهو ما يمكن أن يكون مفيدًا حقًا لصنع الوقود السائل من ضوء الشمس في المستقبل".

تحقيق أوروبي في الألواح الشمسية الصينية

في سياقٍ آخر، أطلق الاتحاد الأوروبي تحقيقين بشأن مصنّعي الألواح الشمسية الصينيين، الذين قالت بروكسل، إنهم استفادوا من الإعانات التي تُشوّه السوق.

وساعدت الواردات الصينية على زيادة قدرة الطاقة الشمسية بسرعة في ألمانيا ودول أوروبية أخرى، لكن الشركات المصنّعة للألواح الشمسية الأوروبية تأثرت في الآونة الأخيرة بتزايد وفرة الخلايا الشمسية الصينية.

وكان هذا الفائض مدفوعًا بطفرة تصنيع التكنولوجيا النظيفة في الصين، التي فاقت الطلب المحلي بكثير، كما أن الرسوم الجمركية الصارمة ضد الواردات الصينية في الولايات المتحدة تعني أن معظم الألواح الفائضة يُشحن إلى أوروبا.

وسيركّز التحقيق على تحالفين يقدّمان عطاءات لتطوير مجمع للطاقة الشمسية في رومانيا، بتمويل جزئي من أموال الاتحاد الأوروبي، وفق ما اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة، نقلًا عن صحيفة "فايننشال تايمز" (Financial Times).

قالت بروكسل، إنها ستلتزم "بتقييم جميع الأدلة على الممارسات غير العادلة المزعومة" وتحسين التمويل لمصنّعي الألواح الشمسية، وفقًا لمسودة خطة من المقرر أن يوقّعها وزراء الطاقة في الاتحاد الأوروبي ومجموعات الصناعة في 15 أبريل/نيسان 2024.

وهذه هي المرة الثانية فقط التي يفتح فيها الاتحاد الأوروبي تحقيقًا بموجب قانون الدعم الأجنبي الذي دخل حيز التنفيذ في يوليو/تموز 2023.

ويتعلق التحقيق الأول، الذي بدأ في فبراير/شباط 2024، يتعلق بشركة تصنيع القطارات الصينية سي آر آر سي (CRRC)، التي تقدمت بعروض للحصول على عقد قطار كهربائي في بلغاريا.

وقالت غرفة التجارة الصينية لدى الاتحاد الأوروبي، إنها "تشعر بقلق بالغ"، لأن القانون الجديد يستهدف فقط الشركات الصينية، وأنه يُستعمل "أداة للإكراه الاقتصادي للتدخل في العمليات الاقتصادية المعقولة والمشروعة للشركات الصينية في السوق الانتقالية الخضراء ومنخفضة الكربون في الاتحاد الأوروبي".

المصدر | وكالة الطاقة المتخصصة