للبحث عن بدائل نظيفة للطاقة

للبحث عن بدائل نظيفة للطاقة .. تطوير خلية شمسية قد تقلل من استخدام الوقود
محيط / محمد السيد: نظراً لما يشهده العالم من ارتفاع رهيب في أسعار الوقود التي تزداد يوماً بعد يوم، وفى المقابل تزداد معها احتياجاتنا له كمصدر أساسي للطاقة في حياتنا، تتظافر جهود العلماء للبحث والتنقيب عن وسائل طاقة بديلة وغير مكلفة وفي نفس الوقت لا تضر بالبيئة.

وكما نعلم جميعاً أن الوقود من الأشياء الضرورية في حياتنا، لدرجة أنه لا يمكن الاستغناء عنه بأي حال من الأحوال، لذا تحاول كافة الدول توفير حاجاتها من الوقود، حتى وإن تطلب الأمر أن تخوض من أجل ذلك المعارك الضارية لا تتردد قيد أنملة في أن تفعل ذلك.

وفي سياق البحث عن بدائل رخيصة وآمنة للطاقة توشك مجموعة من علماء الطاقة، على وضع اللمسات الأخيرة على مشروعها العلمي الجديد، المتمثل بخلية شمسية متطورة، قادرة على حفظ مقادير عالية من الطاقة، بسعر تنافسي زهيد، مقارنة بالوقود العادي الذى يكلف الدولة الكثير .

وتقوم التقنية الحديثة، التي تم إدراجها في هذه الخلايا، - كما أوردت شبكة "السي إن إن" في موقعها على الإنترنت - على مزيج معدني خاص، طورته المجموعة في مختبرات جامعة أيداهو الأمريكية، وأطلق عليه اسم "مستوعب الطاقة الكمي" يتم وضعه بين طبقات الخلايا الشمسية فيضاعف قدرتها على امتصاص وحفظ الطاقة.

وقد نقلت وكالة الأسوشيتد برس، عن اختصاصية علوم الكيمياء، الدكتورة بام شابيرو، التي تترأس مجموعة العلماء العاملة على المشروع قولها، "إن المزيج الجديد، مؤلف من معادن عادية، مثل النحاس والأنديوم والسيلينيوم، وسيضمن للخلايا الشمسية قدرة فعالية مضاعفة".

وأضافت شابيرو قائلة "إن الخلايا الشمسية العادية، تبقى أكثر كلفة وأقل فعالية من الوقود الأحفوري العادي، لذلك فإن الناس لا يقبلون عليها، لكن المزيج الجديد الذي صنعناه، قد يشكل قفزة عملاقة إلى الأمام، من شأنها أن تؤدي إلى استغناء الولايات المتحدة عن النفط مستقبلاً".

الذرة والبحث عن بدائل نظيفة
==================
وفي السياق ذاته يعتزم مجموعة من العلماء الدفع باتجاه تطوير أبحاث زيادة محصول الذرة، بما يضمن الحصول على كميات كبيرة من مادة الايثانول.

وقد وجه كينيث كاسمان، مدير مركز نبراسكا لعلوم الطاقة، في تصريحات صحفية لوماً شديداً إلى البرامج الحكومية، التي اعتبرها مقصرة في أبحاث إنتاج الذرة، رغم تأكيده أن من شأنها ضمان غلال وفيرة، تكفي لتكون مصدراً للطاقة الرخيصة والغذاء الصحي في آن معاً.

إلا إن الدكتور لستر براون من معهد "سياسة الأرض،" إشار في تصريحات صحفية أيضاً عدم رضاه عن الفكرة، وذكر أن العديد من دول العالم الفقيرة، تعتمد على الذرة كغذاء لشعوبها، وتحويل هذه النبتة إلى مصدر للطاقة، سيرفع سعرها بشدة، ويهدد التوازن الغذائي لهذه الشعوب.

من جهة أخرى رفضت مصادر من دائرة شؤون المستهلك الأمريكية، المشاريع الرامية لاستخدام الذرة في صنع الايثانول، محذرة من انعكاس هذه الخطوة على الثروة الحيوانية، وقطاع الدواجن، الذي تستخدم فيه الذرة كعلف.

وفي المقابل حذرت الدائرة من ارتفاع كبير سيطال أسعار المنتجات الحيوانية، ودعت إلى رسم خطوط واضحة بين الغذاء والطاقة، بشكل يؤدي إلى الفصل التام بين القطاعين.

ويشير الخبراء إلى أن هذه الخطوة ستخفف الضغط على الوقود مما يؤدى إلى انخفاض أسعاره بشكل ملحوظ، إلا إنها لاقت معارضة شديدة من جانب بعض الجهات .

مسحوق جديد يحول الطاقة الشمسية إلى كهرباء
===============================
وفي نفس السياق استطاع الباحثون في سويسرا إنتاج خليط جديد من المواد الكيماوية يمكنه تخزين الطاقة الشمسية على شكل مسحوق قبل تحويلها إلى كهرباء.

وقد صرح الباحثون في معهد باول شيرر للفيزياء بقولهم إن التجارب والتطبيقات العملية الأولية أظهرت نجاح هذا الخليط الجديد في أن يصبح بديلاً لخلايا السيليزوم التي شاع استخدامها في اللواقط الشمسية، إلى جانب أن الطاقة الشمسية المنتجة يمكن نقلها في صورة غازية أو كمسحوق، وذلك بعد اختبارات ودراسات دامت عدة سنوات من البحث بالتعاون مع علماء من المعهد الفدرالي للتقنية في زيورخ.

ويعتمد هذا الأسلوب الجديد على تعريض مادة أكسيد الزنك لحرارة الشمس العالية، التي تؤدي إلى تكسير جزيئات المادة لتتحول إلى مسحوق رمادي، يمكن تخزينه ونقله، لاستخراج الطاقة المخزونة في أغراض مختلفة وفي أي مكان، وذلك على عكس الأسلوب المتبع في اللواقط العادية، التي يجب استخدام الطاقة المستخرجة منها مباشرة في مكان قريب منها.

وأكد مسؤول الإعلام في معهد باول شيرر بيات غربر على أن إعادة إسترجاع الطاقة المخزونة في هذا المسحوق الرمادي يكون من خلال طريقتين، الأولى بإضافة الماء، ومن ثم ينطلق غاز الهيدروجين الذي يمكن إستخدامه وقودا في السيارات مثلاً، أو خلطه بالهواء تحت ظروف معينة لإنتاج الكهرباء.

والجديد أيضا فى هذا الخليط هو إمكانية إعادة استخدام العادم الناجم عن العمليتين السابقتين مرة أخرى لتخزين طاقة جديدة، نظراً لأن أكسيد الزنك يتكون مجدداً بعد التفاعلين السابقين، وبالتالي تعود المادة الخام دائماً إلى حالتها الأصلية.

ولم يتوقف بهم الأمر إلى ذلك حيث استطاع الباحثون تنفيذ نموذجاً للمفاعل الشمسي الجديد، وضعت فيه خليطاً من أكسيد الزنك والكربون بنسبة معينة تحت غطاء من الكوارتز، وتمكنت باستخدام مجموعات ضخمة من العدسات والمرايا من الوصول بدرجة حرارة أشعة الشمس إلى 1200 درجة مؤوية، حيث تفاعل الخليط مكوناً أول أكسيد الكربون مع إنفصال الزنك في الصورة الغازية.

وفي المرحلة الثانية تم نقل هذا الخليط وتبريده بعناية فائقة حتى تحول الزنك من صورته الغازية إلى مسحوق، ومن ثم أمكن استخدامه في أغراض مختلفة، حيث أنتج أول مفاعل تجريبي يعمل بأكسيد الزنك، طاقة كهربائية بقوة 300 كيلووات.

كذلك يؤكد غربر على أن هناك العديد من الإحتياطيات الواجب إتخاذها لضمان الحصول على أقصى حد ممكن الطاقة.
وقال إنه يجب زيادة قوة أشعة الشمس بشكل يسمح بامتصاص أكبر كمية ممكنة منه وتقليل العادم إلى الحد الأدنى وإستخدام مجموعة من العدسات والمرايا لتركيز أشعة الشمس، التي يجب أن تكون أقوى من تلك التي تتعرض لها الخلية اللاقطة العادية بحوالي 2000 مرة، كما يجب التأكد من إتمام التفاعل الكيميائي بشكل كامل، لضمان تخزين أكبر قدر من الطاقة.

وحالياً يتنبأ الباحثون السويسريون بتطبيق هذا الإبتكار على مستوى صناعي كبير، وذلك للحصول على مليون وحدة وقود من غاز الهيدروجين للسيارات، وفقط سيتطلب مساحة 12 كيلومترا مربعاً من العدسات والمرايا العاكسة، لتركيز أشعة الشمس على مفاعلات أكسيد الزنك.
ويعكف حاليا فريق آخر من الباحثين على دراسة الجدوى الإقتصادية لتنفيذ مثل هذا المشروع على نطاق واسع في المناطق الصحراوية في أفريقيا وآسيا، التي تتوفر على طاقة شمسية عالية تناسب مثل هذا النوع من التفاعلات، وإذا كان المستقبل سيكون لنقل مسحوق الطاقة الشمسية، بدلاً من أنابيب الغاز والنفط.

ومن أجل تسخير الطاقة الشمسية فى مزيد من الأغراض النافعة، يجرى العلماء حالياً خطوات حثيثة من أجل تطوير تقنية جديدة لاستخدام الطاقة الشمسية فى تنقية المياه الملوثة، وإنتاج الطاقة الكهربائية في آن واحد.
وقد قام العلماء بتطوير نوع جديد من خلية الوقود، والتى يمكنها استخدام أشعة الشمس لتحليل وتكسير ملوثات الماء المختلفة، وإنتاج الكهرباء كعامل ثانوي من هذه التفاعلات.

وتحتوى هذه الخلية علي مادة محفزة قادرة علي تكسير الملوثات العضوية باستخدام ضوء الشمس، وهو ما يساهم في استغلال علم الكهروكيمياء لرفع معدل تحلل المواد الملوثة، والتي تنتج تيارا كهربائيا في نفس الوقت.

وأوضح الباحثون أن هذا المشروع يعتمد علي تطوير خلية الوقود الضوئية الكهربية المحفزة ، وهي تقنية غير ضارة بالبيئة وفعالة في تنقية مصادر المياه من الملوثات، مشيرين إلي أن الهدف الأساسي يكمن في تطوير تقنية مخبرية خاصة متعددة الأغراض تستخدم علي نطاق واسع