هل يتمكن القنب من قلب الطاولة على الغرافين؟

حاز مخترعوا الغرافين على جائزة نوبل في الفيزياء عام 2010، وكانت هذه المادة دائماً في دائرة الضوء بإعتبارها المادة النموذجية لصناعة المكثفات الفائقة. والسؤال هنا هل يمكن للقنب أن يسرق الأضواء من الغرافين؟ هذا ما سنراه في هذا المقال.

تعتزم مجموعة من العلماء عرض بحوثهم في الاجتماع والمعرض الوطني للجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS) حيث يقولون إن ألياف نبات القنب تحوي على قدر أكبر من القوة والطاقة التي يتمتع بها الغرافين .

وكما هو معروف يعتبر الغرافين "مادة خارقة" تتكون من الفحم النقي في طبقة كربون بسماكة ذرة واحدة.

ومن المعروف أيضاً أنها من أقوى المواد الموجودة حالياً بالنسبة لوزنها كما أنها تتميز بناقليتها العالية للحرارة والكهرباء، هذه الناقلية العالية تجعلها من أفضل المواد التي يصنع منها المكثفات الفائقة (Supercapacitors).

أما المكثفات الفائقة فهي أجهزة تخزين للطاقة لكنها لا تشبه تلك البطاريات التي نعرفها، حيث يمكنك شحنها وتفريغها بشكل سريع جداً. إلا أن هذه المكثفات غير قادرة على تخزين كميات كبيرة من الطاقة كما هو الأمر في البطاريات العادية .

فيما يخص نبات القنب والذي تم فك الحظر الذي فرض عن زراعته لمدة عقود في الولايات المتحدة وعدة بلدان أخرى (كونه يعتبر مصدراً للحشيش) فيعود الآن إلينا بفوائد واستخدامات جديدة، حيث يعرف القنب بأليافه القوية التي تستخدم في صناعة الحبال والملابس كما يزرع القنب للاستفادة من زيته ويمكن للقنب أيضاً أن يستعمل في صناعة الورق بالإضافة إلى استخدامه كوقود .

أما الآن فقد اكتشف البروفيسور "ديفيد ميتلين" الذي يرأس مجموعة من الباحثين من جامعة ألبيرتا- المعهد الوطني لتكنولوجيا النانو (NINT)، طريقة جديدة لأستخدام ألياف القنب بمثابة أقطاب (electrodes) في المكثفات الفائقة حيث أظهرت النتائج أنه يتمتع بكفاءة مساوية أو حتى أفضل من الغرافين حيث تتفوق المكثفات الفائقة التي تستخدم فيها أقطاب مستخرجة من القنب على مثيلاتها التقليدية بنسبة 200% .

ويقول ديفيد ميتلين " يعتبر الأداء الكهروكيميائي للجهاز الذي طورناه مشابهاً أو حتى أفضل من الأجهزة القائمة على الغرافين" ، ويضيف ميتلين "إن الميزة الرئيسية هي أن الأقطاب لدينا مصنوعة من النفايات البيولوجية باستخدام عملية واحدة، وبالتالي هي أقل كلفة بكثير من الغرافين".

يتمتع الغرافين بالكثير من الخصائص الفريدة والمفيدة، إلا أنه يعتبر مكلفاً للغاية حيث يكلف الغرام الواحد من الغرافين ما يقارب 2000 دولار ، في حين تبلغ تكلفة الطن الواحد من القنب بين 500 - 1000 دولار فقط .

والجدير بالذكر أن "ميتلين" قام باستخدام اللحاء الداخلي للقنب لإنتاج ألياف الكربون، حيث أن هذا اللحاء غالبا ما يتم التخلص منه في الصناعات التي تستخدم القنب كصناعة الملابس ومواد البناء وغيرها من المنتجات .

و أضاف ميتلين "لقد اقتربنا كثيراً من الخلطة السرية لذلك، يتعلق الأمر بفهم بنية هذه المادة البسيطة وكيفية ضبط عملية معالجتها لتعطيك ما من شأنه أن يتصف بخصائص مذهلة" .

قام الباحثون بطبخ الألياف في درجة حرارة (180 درجة) لمدة 24 ساعة ومن ثم تمت معالجة الناتج بهيدروكسيد البوتاسيوم قبل تعريضها لحرارة شديدة تصل إلى (800 درجة) مما يؤدي إلى إنتزاع الشرائح النانوية الكربونية، التي ستستخدم بعد ذلك كأقطاب للمكثفات الفائقة، وقد أظهرت الاختبارات أن كفاءتها مشابهة لكفاءة الغرافين أو حتى أفضل منها، مقدمةً كثافة طاقة تصل إلى 12 وات / ساعة لكل كيلوغرام. كما أنها تتميز بمجال أكبر من درجات حرارة التشغيل .

وأكد ميتلين قائلاً "تتطلع الآن أحد الشركات الكندية إلى التوسع في هذه التكنولوجيا حيث تنتظر العرض بفارغ الصبر، ونحن نأمل أن يقدم القنب حلاً حيوياً منخفض الكلفة للمكثفات الفائقة عالية الأداء". وختم يقوله "لقد تجاوزنا مرحلة إثبات صحة المبدأ ونحن الآن نستعد للتصنيع على نطاق صغير ".

المصادر:

1- هنا

2- هنا

3- هنا

مصدر الصورة :

Interesting Engineering - هنا

هنا