اختراع محفزٍ أكثر فعاليةً لإنتاج الهيدروجين من الماء

ترجمة عبدالحميد شكري.

طُور باحثون من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية محفزاً حديثاً مطلياً بالموليبديوم، والذي يمكنه تقسيم الماء في الكهارل (أو الإلكترولايت) الحمضية ويمكن أن يساعد في إنتاجٍ فعالٍ للهيدروجين.

يتحول الهيدروجين إلى ماءٍ وحرارةٍ عندما يحترق ليكون بذلك مصدر طاقةٍ نظيفةٍ تماماً، لذا فإن هناك حاجةٌ ملحةٌ لطرقٍ مستدامةٍ وفعالةٍ لإنتاجه، ضمن المسعى للحصول على طاقةٍ أكثر صداقةٍ للبيئة. وأحد هذه الطرق هي استخراج الهيدروجين بعمليةٍ تُعرف بـ”تطور الهيدروجين بالتحفيز الضوئيّ”: حيث تُقسّم جزيئات الماء إلى هيدروجينٍ وأوكسجينٍ باستخدام ضوء الشمس فقط لتوفير الطاقة اللازمة، وبهذه الطريقة سيتصرف الهيدروجين كطريقةٍ لتخزين الطاقة الشمسية.

يبحث العلماء عن سبلٍ لتحسين تفاعل تقسيم الماء هذا عن طريق تطوير المحفز الأمثل، وعلى الرغم من أنه تمت تجربة عدة مواد مختلفةٍ، إلا أنها تتأثر سلباً بالأوكسجين الذي يُستخرج أيضاً بجانب الهيدروجين خلال العملية. ويمكن للمنتجَيْن الغازيَيْن الاتحاد مجدداً وبسهولةٍ بسبب تفاعلات تشكل الماء العكسية، مما يعيق إنتاج الهيدروجين.

تمكن كلٌ من طالبيْ الدكتوراه السابقين في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية الدكتور أنجيل غارسيا-اسبارزا والدكتور تاتسويا شيناغاوا واللذان عملا ككبار الباحثين تحت إشراف الأستاذ المشارك في العلوم الكيميائية كازوهيرو تاكانابي، بالتعاون مع زملاءٍ من مركز المحفزات وأخصائيون آخرون في الجامعة من إنتاج محفزٍ لتفاعل تطور الهيدروجين، والذي يتحمل الحِمض ويمنع بشكلٍ انتقاليٍّ تفاعل تشكل الماء على حدٍ سواء.

يقول غارسيا-اسبارزا: “يُعد تطوير محفزٍ يتحمل الحمض تحدياً مهماً، لأن معظم المواد غير مستقرةٍ وتتحلل بسرعةٍ في الظروف الحمضية التي تُعد مواتيةً لإنتاج الهيدروجين”. ولأن حموضة المحلول كانت حاسمةً في استقرار المادة، استغرق الفريق وقتاً لتحديد درجة الحموضة الأمثل بين 1.1 و4.9، ومن ثم قاموا بطلاء الموليبديوم كهربياً على محفزٍ معياريّي من قطب البلاتين في محلولٍ حمضيٍّ قليلاً.

بمقارنة أداء المحفز الضوئيّ مع وبدون طلاء الموليبديوم، أظهر الفريق أنه من دون الموليبديوم فإن معدل إنتاج الهيدروجين استقر أخيراً بعد 10 ساعاتٍ من العمل تحت إضاءةٍ من الأشعة فوق البنفسجية، إلا أن إدخال الموليبديوم منع هذا الانخفاض في الأداء. ويعتقد الباحثون أن هذا بسبب أن الموليبديوم يعمل كغشاءٍ للغاز، حيث يمنع الأوكسجين من الوصول إلى البلاتين وتعطيل أدائها التحفيزيّ.

يشرح غارسيا-اسبارزا قائلاً: “إن التحدي الرئيسيّ لمعظم المحفزات هو استقرار المواد على المدى الطويل، لذا فإنها خطوةٌ هامةٌ للحصول على مادةٍ تتحمل الحمض وقادرةً على منع تفاعل تشكل الماء مجدداً والذي يبطئ من انقسام الماء”. ويقول غارسيا-أسبارزا: “ومع ذلك، فإننا ما زلنا بعيدين عن إنتاج جهازٍ تجاريٍّ ويجب القيام بالمزيد من العمل”.

المصدر: (discovery.kaust)

الموليبدينوم (molybdenum)
درجة الحموضة (pH level)
مركز التحفيز (Catalysis Center)
كازوهيرو تاكانابي (Kazuhiro Takanabe)
أنجيل غارسيا-اسبارزا (Angel Garcia-Esparza)
تاتسويا شيناغاوا (Tatsuya Shinagawa)
جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (KAUST)
الكهارل (electrolytes)

Comments are closed.