تستمر الجهود الرامية لتعزيز إنتاج الهيدروجين في استكشاف طرق حديثة تتماشى مع حلول الطاقة المستدامة، من أجل الإسهامات الفاعلة في تحقيق أهداف المناخ.

وفي أحدث تطور، تبيّن أن استكشاف كبريتيدات المعادن بوصفها محفزات في مجال تقسيم المياه بالتحفيز الضوئي يوفّر إمكانات كبيرة لإنتاج الهيدروجين.

ووفق تحديثات قطاع التكنولوجيا لدى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، تستفيد عملية تقسيم المياه بالتحفيز الضوئي من الطاقة الشمسية التي لم تُستغل من قبل الطرق التقليدية التي تعتمد على الوقود الأحفوري.

ويُقدر أن نحو 4% فقط من الهيدروجين يجري إنتاجه من خلال طرق متجددة؛ ما يشير إلى فرصة كبيرة للابتكارات في المحفزات الضوئية لتعزيز الكفاءة والحد من الاعتماد على مصادر الطاقة كثيفة الكربون.

مزايا كبريتيدات المعادن

تتميّز كبريتيدات المعادن، مثل كبريتيد الزنك وكبريتيد الكادميوم، بخصائصها البنيوية والبصرية الفريدة التي تجعلها مرشحة مناسبة لهذا الغرض.

ووفق المعلومات التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، تظهر هذه المواد أشكالًا وهياكل نطاقية قابلة للضبط، وهو أمر بالغ الأهمية في التحكم في تفاعلها مع الإشعاع الشمسي.

ومن خلال هندسة هذه الفجوات النطاقية -في حدود مثالية تتراوح بين 1.9 و2.3 إلكترون فولت-، يمكن تحقيق امتصاص أكثر كفاءة لأشعة الشمس؛ ما يؤدي إلى زيادة معدلات إنتاج الهيدروجين.

ويتطلّب هذا التحكم المعقد الدقة في تقنيات التركيب، وهو محور جهود البحث الأخيرة لتحسين أداء كبريتيدات المعادن، وفق ما نقلته منصة "إنرجي نيوز" (Energy News).

وفي الوقت نفسه، تؤدي تقنيات التوصيف المتقدمة مثل حيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، وطيف الانعكاس المنتشر للأشعة فوق البنفسجية (UV-DRS)، دورًا حاسمًا في تقييم سلامة بنية المحفزات الضوئية وسلوكياتها البصرية.

من خلال هذه الأساليب، يُمكن للباحثين اكتساب رؤى حول مستوى التبلور وحجم الجسيمات وحتى البنية الإلكترونية؛ إذ إن كل عامل يؤثر في الكفاءة الإجمالية لتحفيز إنتاج الهيدروجين.

تحدي المحفزات الضوئية

ما يزال هناك تحدٍ مُلحّ يتمثّل في تعزيز استقرار وطول عمر المحفزات الضوئية القائمة على كبريتيد المعادن، التي تكون عرضة للتدهور تحت التعرض المطول للضوء والأنواع التفاعلية الناتجة عن عملية تقسيم الماء.

وتستكشف الإستراتيجيات الحالية أنظمة المواد المركبة التي تدمج كبريتيدات المعادن في هياكل غير متجانسة مع الرقائق الإلكترونية الأخرى؛ بهدف إنشاء أنظمة هجينة أكثر قوة مع تحسين فصل الإلكترونات والفجوات.

وعلاوة على ذلك، تجب معالجة الجدوى الاقتصادية لاستعمال المحفزات الضوئية القائمة على كبريتيد المعادن مقارنة بالمنهجيات السائدة غير المتجددة.

ورغم أن التكلفة الأولية لمواد الرقائق الإلكترونية وعمليات التركيب يمكن أن تكون كبيرة، فإن الفوائد الطويلة الأجل لاستعمال مصدر طاقة لا ينضب عمليًا -مثل الطاقة الشمسية- تقدم حججًا مقنعة لاستعمالها على نطاق أوسع، وفق ما رصدته منصة الطاقة المتخصصة.

ومن المرجح أن تستكشف اتجاهات الصناعة المستقبلية اقتصادات الحجم في الإنتاج والنشر؛ ما قد يقلل التكاليف ويجعل هذه التقنيات أكثر سهولة في التطبيقات واسعة النطاق.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصادر: