طور معهد IIT غوهاتي مادة لوقود الهيدروجين وتحلية المياه

(MENAFN- آسيا نت نيوز)

طور باحثو المعهد الهندي للتكنولوجيا في غواهاتي مادة جديدة يمكنها توليد وقود الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي للمياه. على الرغم من أن تقسيم المياه بشكل عام يتطلب جهدًا ثيرموديناميكيًا قدره 1.23 فولت، إلا أن هذه المادة تظهر جهدًا منخفضًا جدًا لتفاعل تطور الهيدروجين (HER) يبلغ فقط 12 مللي فولت، متفوقة على قطب البلاتين/الكربون التجاري، مما يبرز أدائها الكهروتحفيزي الممتاز.

بالإضافة إلى ذلك، أظهرت نفس المادة قدرتها على دعم تحلية مياه البحر باستخدام الطاقة الشمسية. نُشرت نتائج هذا البحث في مجلة المواد الوظيفية المتقدمة المرموقة، في ورقة مشتركة بين البروفيسور بي كي جيري، أستاذ قسم الفيزياء، وزملائه الباحثين، كوشيك غوش، وسانجوي سور روي، في معهد غواهاتي للتكنولوجيا.

الحاجة إلى حلول مستدامة

الأول يتعلق بالضرر البيئي المتزايد الناتج عن استخدام الوقود الأحفوري. يُشار إلى الهيدروجين غالبًا كوقود نظيف لأنه عند استخدامه، يكون الماء هو المنتج الثانوي الوحيد ولا يُنتج ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك، فإن معظم الهيدروجين المستخدم حاليًا يُنتج من الوقود الأحفوري، مما يبرز الحاجة إلى عمليات ومواد أكثر استدامة للحصول على الهيدروجين وإنتاجه.

التحدي الثاني هو نقص مياه الشرب الآمنة. لمعالجة ذلك، يمكن أن يكون تحلية مياه البحر خيارًا، إلا أن هذه الطريقة مكلفة. ويمكن أن يكون استخدام ضوء الشمس في عملية التحلية بديلاً فعالاً من حيث التكلفة.

محفز مبني على MXene جديد

استجابةً لذلك، طور فريق البحث في معهد غواهاتي محفزًا مبنيًا على مادة MXene يمكنه إنتاج الهيدروجين بكفاءة من الماء والعمل كمحفز ضوئي للتحلية. تُعرف MXenes بأنها مجموعة من المواد ثنائية الأبعاد معروفة بخصائص مثل التوصيل الكهربائي العالي. ومع ذلك، فإن MXenes الشائعة لها مساحة سطح نشطة منخفضة نسبيًا، مما يحد من أدائها التحفيزي.

لتجاوز ذلك، قام الباحثون بتعديل المادة إلى هياكل رقيقة جدًا على شكل شرائط لتحسين نقل الشحنة وزيادة مساحة السطح النشطة المتاحة. كما أدخلوا ذرات الروثينيوم في مواقع خالية من الأكسجين في المادة المُهندسة لتعزيز أدائها التحفيزي. يُعتقد أن هذا الجمع يعزز تفاعلات المعدن مع الدعم، مما يؤدي إلى نشاط تحفيزي محسن بشكل كبير.

كما أجرى الفريق نمذجة حسابية متقدمة لفهم كيف ساهمت هذه التعديلات الذرية في الأداء المحسن. خلال التجارب، لاحظ الفريق أن المادة المُهندسة حفزت تفاعل تطور الهيدروجين بكفاءة عندما تم تزويدها بكمية صغيرة من الطاقة الإضافية. أظهرت المادة أداءً أفضل تحت ضوء الشمس المحاكى بفضل قدراتها الممتازة على التحويل الضوئي الحراري، وحافظت على استقرارها لفترات أطول مع انخفاض طفيف في الأداء.

وفي حديثه عن نتائج البحث، قال البروفيسور جيري: “المادة ذات الطبقات ثنائية الأبعاد MXene هي مادة معجزة ذات تطبيقات متعددة. يُظهر هذا الدراسة التنمية المستدامة لطاقة الهيدروجين النظيفة وحل لمشكلة مياه الشرب باستخدام هندسة العيوب في MXene رقيقة جدًا. نظرًا لأدائها العالي واستقرارها المحسن، فإن المادة المطورة لديها إمكانيات للاستخدام التجاري.”

التطبيق في تحلية مياه البحر

كجزء من التجارب، تم دمج مادة MXene في هيكل ثلاثي الأبعاد مصمم خصيصًا يُسمى مبخر جانوس. يطفو هذا الجهاز على سطح الماء ويقلل من فقدان الطاقة عن طريق تسخين الطبقة السطحية فقط. تحت ظروف ضوء الشمس القياسية، حقق معدل تبخير حوالي 3.2 كجم/م2/ساعة.

تم اختباره بشكل مستمر لمدة خمسة أيام في مياه مالحة دون ترسيب ملحي. أزال النظام الأملاح والملوثات الأخرى بشكل فعال، منتجًا مياهًا مناسبة للاستهلاك البشري وفقًا لمعايير جودة المياه الدولية.

تُظهر النتائج إمكانيات هذا النظام ذو الوظائف المزدوجة لدعم التحلية باستخدام الطاقة الشمسية بالإضافة إلى إنتاج الهيدروجين بشكل أكثر استدامة للاستخدام في النقل والصناعة وتخزين الطاقة. (ANI)

(باستثناء العنوان، لم يتم تحرير هذه القصة من قبل فريق Asianet Newsable English ونُشرت من مصدر مشترك.)