إنتاج الهيدروجين باستعمال “الميكروويف”

طوّر علماء تقنية رائدة تعالج القيود الرئيسة في إنتاج الهيدروجين النظيف، بوساطة موجات الميكروويف أو الموجات الدقيقة، في وقت أسرع من الطرق التقليدية.

عملية مبتكرة

ووفق بيان صحفي نجح فريق متعدد التخصصات بجامعة بوهانغ للعلوم والتكنولوجيا (POSTECH) بكوريا الجنوبية، في توضيح الآلية الأساسية لهذه العملية المبتكرة.

وأكد العلماء أن تقنيات إنتاج الهيدروجين الحالية تواجه حواجز كبيرة، ومن ثم، تمثّل نتائجهم خطوة تحويلية في السعي وراء الطاقة المستدامة.

وحصلت الدراسة على دعم من برنامج العلوم والتكنولوجيا المبتكرة التابع لمؤسسة سيركل (Circle)، وبرنامج الباحثين التابع لوزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات بكوريا الجنوبية، ومعهد أبحاث العلوم الأساسية التابع لجامعة بوهانغ للعلوم والتكنولوجيا، ووزارة التجارة والصناعة والطاقة.

إنتاج الهيدروجين بالميكروويف

وتتطلب الطرق الكيميائية الحرارية التقليدية لإنتاج الهيدروجين، التي تعتمد على أكسدة واختزال أكاسيد المعادن، درجات حرارة عالية للغاية تصل إلى 1500 درجة مئوية.

هذه الطرق ليست فقط كثيفة الطاقة ومكلفة، ولكنها أيضاً صعبة التوسع، ما يحدّ من تطبيقها العملي، وفقاً للباحثين.

لمعالجة هذه التحديات، اختار العلماء طاقة “الموجات الدقيقة”، المصدر نفسه المستعمل في أفران الميكروويف المنزلية.

وبينما ترتبط الموجات الدقيقة عادةً بتسخين الطعام، فإنها يُمكن أن تدفع التفاعلات الكيميائية بكفاءة أيضاً، وفق ما جاء في الدراسة التي نُشرت في مجلة ماتريالز كيمستري (Journal of Materials Chemistry)

وأثبت العلماء أن طاقة الميكروويف يُمكن أن تخفض درجة حرارة الاختزال لأكسيد السيريوم الرباعي (CeO2) المضاف إليه الغادولينيوم وهي مادة مرجعية لإنتاج الهيدروجين إلى أقل من 600 درجة مئوية، ما يقلل من متطلبات درجة الحرارة بأكثر من 60 بالمئة.

ومن المثير للدهشة أن طاقة الميكروويف تحلّ محلّ 75 بالمئة من الطاقة الحرارية اللازمة للتفاعل، وهو تقدُّم كبير في إنتاج الهيدروجين المستدام بحسب البيان.

وقال البروفيسور هيونغيو جين من جامعة بوهانغ للعلوم والتكنولوجيا: “هذا البحث لديه القدرة على إحداث ثورة في الجدوى التجارية لتقنيات إنتاج الهيدروجين الحرارية الكيميائية، كما سيمهّد الطريق لتطوير مواد جديدة محسّنة للعمليات الكيميائية التي تعمل بالميكروويف”.

وتابع: “إن تقديم آلية جديدة تعمل بالميكروويف، والتغلب على قيود العمليات الحالية، هي إنجازات رئيسة، أصبحت ممكنة من خلال التعاون الوثيق بين التخصصات المختلفة لفريق البحث لدينا”.

مزايا تقنية الميكروويف

وأكد الباحثون أن إنتاج الهيدروجين بمساعدة الميكروويف أو الموجات الدقيقة، هو تقنية واعدة قادرة على تحلّل المياه إلى الهيدروجين اقتصادياً.

وقال الباحثون: “تؤكد دراستنا أهمية عنصر الفرانسيوم في الاختزال بمساعدة الموجات الدقيقة”.

كما سلّطوا الضوء على أنّ تقدّماً حاسماً آخر يكمن في إنشاء “شواغر الأكسجين”، وهي عيوب في بنية المادة ضرورية لتقسيم الماء إلى هيدروجين، بحسب ما أفادت به منصة “إنترستينغ إنجينيرينغ” (Interesting Engineering).

ووفقاً للباحثين، تستغرق الطرق التقليدية غالباً ساعات في درجات حرارة عالية للغاية لتكوين هذه الفراغات.

وحقق العلماء النتائج نفسها بدقائق فقط في درجات حرارة أقل من 600 درجة مئوية، عبر الاستفادة من تقنية الميكروويف.

وقد جرى التحقق من صحة هذه العملية السريعة بشكل أكبر باستعمال نموذج ترموديناميكي، الذي قدَّم نظرة ثاقبة قيمة للآلية الكامنة وراء التفاعل الذي يحرّكه الميكروويف، وفقًا للدراسة.