تطور تخزين الطاقة الهيدروجينية

يحلم البيئيون والوسط العلمي والصناعي عموماً بتوسعة مجالات الاستفادة من الهيدروجين لتوليد طاقة نظيفة، خاصة وأن الهيدروجين متوفر بكميات لامحدودة، وللحصول عليه ما علينا إلا فصل ذرات الهيدروجين عن الأكسجين في المياه أو غيرها من المواد.
وبالفعل، توصل العلماء منذ فترة بعيدة لإنتاج وقود الهيدروجين، ويتم استعماله في المكوكات الفضائية والصواريخ وغيرها. لكن إنتاجه مكلف كثيراً لاعتماده على المعادن الثمينة خاصة البلاتين لاستخراجه. وطريقة إنتاجه الحالية ملوّثة وغير صديقة للبيئة، لأنها تقوم على استخراج الهيدروجين من الغاز الطبيعي، وتؤدي إلى إطلاق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون الملوث للبيئة.
حديثاً، توصل باحثان من جامعة كاليفورنيا في أمريكا وهما ريتشارد كانر والمصري ماهر القاضي، إلى تصميم جهاز صغير يستعمل الطاقة الشمسية لإنتاج الكهرباء، بالإضافة إلى معادن رخيصة كالحديد والنيكل والكوبالت لإنتاج الطاقة من الهيدروجين وتخزينها، ومن ثم استخدامها في كافة الأجهزة الإلكترونية، حتى في أماكن بعيدة جداً عن شبكات الطاقة المعروفة كالأرياف والصحاري، وكذلك تشغيل السيارات.
“الناس بحاجة إلى وقود لتحريك مركباتهم وكهرباء لتشغيل أجهزتهم، الآن يمكنك إنتاج الوقود والكهرباء بجهاز واحد”.
فخلايا الوقود الهيدروجينية التقليدية والمكثّفات (ما يخزن الطاقة الكهربائية كالبطارية) الفائقة لها قطبان: إيجابي وسلبي. والجهاز الذي تم تطويره له قطب ثالث يعمل على حد سواء كمخزن للطاقة وكجهاز لتقسيم المياه إلى هيدروجين وأكسجين في عملية تسمى التحليل الكهربائي للمياه. ويتم وصل الأقطاب الثلاثة إلى خلية شمسية واحدة تعمل كمصدر طاقة للجهاز. ويمكن تخزين الطاقة الكهربائية التي تحصدها الخلايا الشمسية بإحدى طريقتين: إلكتروكيميائي في مكثفات (كالبطارية)، أو كيميائي: الهيدروجين.
وصمم الباحثون الأقطاب على مستوى النانو – آلاف المرات أرق من شعرة الإنسان – وذلك لضمان أكبر قدر من المياه على مساحة سطحه. مما يزيد كمية الهيدروجين المنتجة والكهرباء المخزنة. وعلى الرغم من أن نموذج الجهاز هو صغير، حيث يمكن ضمه بكف اليد، لكن يمكن تكبيره حسب الحاجة لأن مكوّناته غير مكلفة.
وقال كانر إن الجمع بين وظيفتي تخزين الكهرباء وفصل المياه إلى مكوّنيها، يشبه دمج الهاتف ومتصفح الويب والكاميرا في الهاتف الذكي. وقد تؤدي هذه التقنية الجديدة في نهاية المطاف، إلى تطبيقات جديدة ليست في التصور الحالي.
ويبقى أنه من أجل استخدام السيارات الهيدروجينية على نطاق واسع، لا تزال هناك حاجة إلى تقنية تخزن كميات كبيرة من الهيدروجين على ضغط طبيعي ودرجة حرارة عادية.

المصدر:
http://newsroom.ucla.edu/releases/hydrogen-cars-for-the-masses-one-step-closer-to-reality-thanks-to-ucla-invention

هل سيحلّ اليورانيوم محلّ البلاستيك؟حقَّق علماء من “جامعة مانشيستر” البريطانية اختراقاً علمياً مهماً، يمكنه أن يغيِّر طريقة عيشنا، وذلك باكتشافهم أنه يمكن لليورانيوم أن يقوم بتفاعلات لم يسبق لأحد أن فكَّر فيها من قبل، كما يمكنه أن يغيِّر الطرق المتبعة في صناعة الكيميائيات والبولمرات والأدوية والبلاستيك.
واليورانيوم هو أحد العناصر التي لا نعرف عنها كثيراً على الرغم من اقتران اسمه بالأسلحة النووية والطاقة النووية. ولكن الاكتشاف الجديد يشير إلى استخدامات أخرى في الأفق.
ولأن اليورانيوم يقع وسط نوعين من المعادن يختلفان عن بعضهما بتفاعلهما، فهو قادر على جمع أفضل ما فيهما لإنتاج مواد جديدة بشكل عام ومواد كيميائية بشكل خاص.
ويعني هذا الاكتشاف أن الصناعة أصبحت قادرة على تطوير مركّبات جديدة لا يمكــن أن تنتج بأي طرق أخرى.
ويقول ستيف ليدل، أستاذ ورئيس قسم الكيمياء غير العضوية في الجامعة: “سيؤدي هذا الاكتشاف إلى بعض التطورات الهائلة التي يمكن أن تغيِّر طريقة عيشنا. التطور في هذا العمل سيمهد الطريق لصناعة أدوية جديدة وبلاستيك جديد صلب قابل للتحلل لاحقاً. وستكون (هذه التطورات وتأثيرها على حياتنا) مشابهة لاكتشاف شاشات الكريستال السائل. المستخدمة في شاشات الكمبيوتر والتلفزيون”.المصدر:
http://www.manchester.ac.uk/discover/news/uranium-plastic-chemistry-new-materials/

طباعة ثلاثية الأبعاد..بالبكتيريا؟

تقتصر الطباعة الثلاثية الأبعاد حتى الآن، على استعمال “مواد ميتة” كالبلاستيك والمعادن، لإنتاج السلع والأجهزة المختلفة. لكن اكتشافاً جديداً يتيح لمنصات الطباعة في المستقبل استخدام مواد حية، وإنتاج أي شيء آخر يمكن تصوره.
فقد طوَّر باحثون من جامعة “إي تي إيتش” في زيوريخ بسويسرا، بقيادة البروفيسور أندريه ستودارت حبراً حيوياً للطباعة ثلاثية الأبعاد باستعمال البكتيريا الحية. وهذا يجعل من الممكن طباعة مصانع بيوكيميائية صغيرة مع بعض الخصائص، اعتماداً على أي نوع من البكتيريا يوضع في الحبر، بإمكانها تفكيك المواد السامة التي تفرزها مصانع الكيميائيات حول العالم بكميات كبيرة، أو إنتاج سليلوز فائق النقاء للتطبيقات الطبية الحيوية.
واستخدم الباحثون في عملهم، البكتيريا “بسودوموناس” القادرة على تفكيك مادة الفينول السامة، التي يتم إنتاجها على نطاق واسع في الصناعة الكيميائية. واستخدموا أيضاً البكتيريا “أسيتوباكتر زيلينوم” التي تفرز نانوسليلوز فائق النقاء المستخدم في تخفيف الألم والمحافظة على الرطوبة.
وباستطاعة الباحثين استخدام أربع تركيبات حبرية من البكتيريا، وفي تكثيفات مختلفة دفعة واحدة، لإنتاج مكوّنات ذات خصائص متنوعة.
ويتألف هذا الحبر من “هيدروجيل” غير ضار عند وضعه على الأنسجة الحية. ولزوجته تشبه معجون الأسنان. فدرجة اللزوجة مهمة جداً، فإذا كان قاسياً جداً يجعل بكتيريا أسيتوبكتر تفرز قليلاً من السليلوز، وفي الوقت نفسه يجب أن يكون متينـاً جـداً لدعــم وتحمل وزن الطبقــات اللاحقة. وهكذا فإنه يوفر أي شكل نريده.
وبدوره، هذا “الجل” من حمض الهيالورونك، وسلسلة طويلة من جزيئات السكر، والسيليكا الحمضية. ويخلط وسيط الاستنبات للبكتيريا مع الحبر لتصبح لديها كل الشروط المسبقة للحياة. باستخدام هذا “الهيدروجيل كأساس”، يمكن للباحثين إضافة البكتيريا حسب ما هو مطلوب من الخصائص، ومن ثم طباعة أي هيكل ثلاثي الأبعاد يريدونه.
وقد سمى العلماء هذا الحبر “فلينك”، والمفردة تتضمن معنى ” حبر حي وظيفي”. ويتوخى الباحثون توسيع استخداماته، بالإضافة إلى الطبية والتقنية العضوية، إلى مجالات محتملة أخرى. وقد يكون أحدها طباعة جهاز استشعار ثلاثي الأبعاد يحتوي على البكتيريا يمكنه الكشف عن السموم في مياه الشرب وتنقيتها. وهناك فكرة أخرى، وهي طباعة مصافي ثلاثية الأبعاد تحتوي أيضاً على بكتيريا خاصة لمعالجة تسرب الزيوت في مياه البحار.

المصدر:
https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2017/12/3d-printed-minifactories.html