جهاز يحاكي الرئة لتحويل الماء إلى وقود صديق للبيئة

ابتكر الباحثون من جامعة ستانفورد جهازًا يُحاكي رئة الثدييات يُحوِّل الماء إلى وقود صديق للبيئة (الوقود الهيدروجيني)، والذي قد نستخدمه مستقبلًا بوصفه مصدرًا للطاقة بجميع الأجهزة بدءًا من السيارات وانتهاءً بالهواتف الذكية، ومع أنَّ هذا الجهاز ليس الأول في هذا المجال؛ ولكنَّه يطرح طريقة فعالة لإنتاج الوقود الهيدروجيني.

محاكاة الطبيعة:

عندما يدخل الهواء إلى الرئتين فهو يمرُّ عن طريق غشاء رقيق، والذي يستخلص بدوره الأوكسجين من الهواء ويرسله إلى مجرى الدم، فالبنية المميزة لهذا العضو تجعل تبادل الغازات يحدث بفعالية كبيرة؛ وعند الجمع بين الأوكسجين والهيدروجين تتولَّد الكهرباء، وعلى عكس الوقود الأحفوري فالناتج الوحيد الثانوي هو الماء؛ ولهذا السبب، كان الباحثون متطلعين إلى الوقود الهيدروجيني لعقود، ولكن لم يجدوا الطريقة الملائمة لإنتاجه بطريقة فعَّالة بما فيه الكفاية، وهذا لأنَّ الهيدروجين لا يوجد وجودًا حُرًّا في الطبيعة، وغالبًا يجب أن يُعزَل أولًا بفصل الماء إلى هيدروجين وأوكسجين. [1]

فتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين يؤدي إلى الكهرباء، والمنتج الثانوي هو الماء فحسب، لا تلك الغازات الدفيئة التي تأتي من حرق النفط أو الفحم، ولكنَّ هذا الهيدروجين لا يزال بحاجة إلى أن يأتي من مكان ما كان والمرشح الرئيسي هو الأمونيا وهو جزيء يسهل تخزينه مصنوع من ثلاثة ذرات هيدروجين مرتبطة بذرة واحدة من النيتروجين لم تصلح الأمونيا في الماضي؛ لأن الأمونيا تحترق في درجات الحرارة العالية فقط؛ مما يجعل الهيدروجين مُتعذر الحصول عليه في العالم الطبيعي؛ إضافة إلى ذلك خلقت التفاعلات الكيميائية ناتج ثانوي من أكاسيد النيتروجين وهو ملوث للهواء يمكن أن يؤدي إلى التهابات الرئة؛ لذلك لم يكن من المنطقي استخدام الأمونيا وقودًا للمركبات التي تعمل بالهيدروجين؛ لكن الجهاز الجديد الذي يحاكي الرئة يلغي كل هذه التعقيدات. [2]

وصف الجهاز:

الجهاز المحاكي للرئة: جراب مصنوع من غشاء بلاستيكي سميك تغطي السطح الخارجي مسامات طاردة للماء؛ في حين تصطف الجسيمات النانوية للذهب والبلاتين داخله الصورة [1]، وبوضع الجراب في الماء وتطبيق جهد كهربائي يتمكن الباحثون من توليد طاقة بكفاءة 32% أعلى من وضع الغشاء مُسطحًا، والسبب في ذلك هو أن الشكل الشبيه بالرئة أفضل من تصميمات خلايا الوقود الأخرى؛ لتقليل الفقاعات التي يمكن أن تتشكل وتؤذي الكفاءة في أثناء عملية توليد الطاقة، وسيركز الفريق الآن على تحسين التصميم وإيجاد طريقة لجعله يتحمل درجات حرارة أعلى في الوقت الحالي لأنه لا يعمل فوق 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) التي قد تكون مشكلة للتطبيقات التجارية. [1]

توليد الكهرباء:

تؤدي تفاعلات إنتاج الأوكسجين واختزاله بالتحفيز الكهربائي دورًا في تكنولوجيا الطاقة الحديثة، ولكنَّ إنتاج مُنتج غاز مُتقدِّم من عملية تحفيز محل كهربائي (catalyst/electrolyte) يُمثَّل تحديًا، ولكنَّ الجهاز الذي يحاكي عملية تنفس الثدييات؛ الذي يستخدم نظام التحفيز الكهربائي الفعَّال قادر على تمكين خطوط اتصال واسعة ثلاثية المراحل (غاز-صلب-سائل)، ومسار ثنائي الاتجاه لإنتاج واستهلاك الغاز؛ إذ تنتشر في أثناء تفاعل إنتاج الأوكسجين جزيئات O2 المُتشكِّلة حديثًا إلى الطور الغازي مُتخلية عن طاقة في المحلول الموصل للكهرباء مُحققةً فرط جهد 190mV (ميلي فولت) باستخدام محفزات Au/NiFeOx، ويستطيع في أثناء تفاعل اختزال الأوكسجين يستطيع غاز O2 الانتقال للسطح البيني لعملية تحفيز محل كهربائي (catalyst/electrolyte) متجاوزًا الانحلالية المنخفضة في الماء مؤديًا إلى تيار بكثافة أكبر بـ 25 ضعف لمحفزات الجسيمات النانوية الثنائية الطبقة Ag / Pt. المصدر [3]

يمكن الاطلاع على الباصات والسيارات التي تستخدم الوقود الهيدروجيني هنا: هنا

المصادر:

1- هنا

2- هنا

3- هنا

4- هنا