ابتكار جهاز يحول ضوء الشمس إلى وقود

طور علماء من جامعة "أوساكا متروبوليتان" في اليابان نظاماً اصطناعيا للتخليق الضوئي ينظم نفسه تلقائياً، مما يغني عن استخدام البطاريات في العديد من التصاميم الحالية ، ومن المتوقع أن يكون هذا الابتكار بمثابة نقطة تحول في مجال التمثيل الضوئي الاصطناعي الخالي من البطاريات لتحويل ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون إلى وقود قابل للاستخدام.

تستخدم عملية التمثيل الضوئي الاصطناعية ضوء الشمس لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى مركبات غنية بالطاقة، وذلك على غرار عملية التمثيل الضوئي الطبيعية في النباتات ، ومن هذه المنتجات حمض الفورميك، وهو مادة كيميائية يمكن استخدامها كوقود ووسيلة لتخزين الطاقة.

يوضح البروفيسور يوتاكا أماو، المشارك الرئيسي في هذا الابتكار، أن نظام التمثيل الضوئي الاصطناعي الجديد يتكون من لوح شمسي (يُعرف باللوح الكهروضوئي) متصل بخلية تحليل كهربائي تضم مصعدا ومهبطا ،  ويضيف أنه باستخدام اللوح الكهروضوئي كمصدر للطاقة، تتم عملية شطر الماء وتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الفورميك داخل خلية التحليل الكهربائي ، وتوفر إضافة غشاء مناسب للتبادل الأيوني داخل الخلية ميزة الحصول على محلول مائي نقي من حمض الفورميك.

يشير بيان صادر عن جامعة "أوساكا متروبوليتان" إلى أن الحفاظ على كفاءة التشغيل عند تغير ضوء الشمس على مدار اليوم يعد تحدياً رئيسياً، حيث تستخدم العديد من أنظمة التمثيل الضوئي الاصطناعي تقنية تتبع نقطة الطاقة القصوى، وهي طريقة تُعدّل الجهد والتيار باستمرار لتمكين الخلايا الشمسية من إنتاج أعلى طاقة ممكنة، ولذلك، قام الباحثون بابتكار جهاز تحليل خاص بهذه العملية وهو محلل كهربائي ذاتي التنظيم يغني عن استخدام البطاريات ويعد بديلاً عن الاعتماد على الإلكترونيات الخارجية أو المحولات أو البطاريات.

يؤكد الباحثون أن الطاقة الكهربائية المُستمدة عادة من أنظمة الخلايا الكهروضوئية تعتمد بشكل كبير على شدة ضوء الشمس ، ولذا، فمن الضروري تنظيم الطاقة الكهربائية بتمريرها عبر بطارية ، وفي المقابل، في نظام التمثيل الضوئي الاصطناعي حيث تُوصل وحدة الخلايا الكهروضوئية مباشرة بخلية التحليل الكهربائي، يتفاوت إنتاج حمض الفورميك تبعاً لشدة ضوء الشمس ، وقد نجح الباحثون في التحكم تلقائياً بكميات ثاني أكسيد الكربون والماء المزودة لخلية التحليل الكهربائي بناءً على مستوى ضوء الشمس، مما حقق إنتاج حمض الفورميك بتركيز ثابت بغض النظر عن ظروف ضوء الشمس.