النانوتكنولوجيا أداة مصر لحلّ أزمتي الطاقة والوقود

يعاني معظم الدول من أزمة الطاقة، إضافة إلى معاناة الكرة الأرضية من التلوّث المترافق مع انبعاثات غازات حرق الوقود الأحفوري وهو أساس الطاقة عالمياً، كما يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري والاضطراب في المناخ. وكذلك أدى الاعتماد المفرط على هذا النوع من الوقود إلى تصاعد مضطرد في كلفته. لذا، انخرط كثير من الدول في مبادرات بحثية وتنموية للمساهمة في طرح حلول لأزمة الطاقة العالمية باستخدام أساليب علم حديث هو ال «نانوتكنولوجيا» Nanotechnology، وخصوصاً بحوث النانو المتّصلة بالطاقة المتجدّدة. وثمة شبه إجماع على أن «نانوتكنولوجيا» يعتبر التقنية المُثلى من أجل اكتشاف الحلول للطاقة وأزماتها. ويبحث علم «نانوتكنولوجيا» في المواد والطاقة على قياس النانو، وهو جزء من البليون من الشيء، فيقال نانومتر تعبيراً عن كسر من البليون من المتر، وهو مقاس بالغ الصِغَر يصلح للتعامل مع الذرّات ومكوّناتها، والطاقة وتموّجاتها وما يشبهها من الأشياء.
«نانو الرمل»
تعطي مادة «نانوسيليكون» Nanosilicon البالغة الصِغَر نموذجاً عن تقنيات النانو وأدواته التي يمكن أن تخفّف من وطأة هذه المشكلات، بمعنى أنها تستخدم في التعامل مع الوقود والطاقة، إضافة إلى دورها المعروف في الإلكترونيات والحواسيب والألياف الضوئية المُكوّنة للشبكات الرقمية كالإنترنت وسواها. وليست «نانوسيليكون» سوى تعامل لعلِم النانو مع مادة الرمل المكوّنة أساساً من السيليكون. وفي جامعة «إلينوي»، أنجز عالِم أميركي من أصل عربي، هو البروفسور منير نايفة، أحد المشاريع المتّصلة ب «نانوسيليكون»، ما جعله مُرشّحاً لجائزة نوبل.
وتتيح جزيئات السيليكون النانوية البالغة الصِغَر التي تنتهي جزيئاتها بذرّات من الهيدروجين، وهو أبسط ذرّة كونياً، للسيليكون أن يمتزج كيمياوياً في المواد العضوية والمواد المُركّبة اصطناعياً (تسمى «بوليمر» Polymers)، ما يفتح آفاقاً واسعة أمام التحكّم في هذه التركيبات المُعقّدة.
وفي مسعى مصري للاستفادة من إنجازت النانو في حلّ أزمة الطاقة، عقدت مصر اجتماعاً علمياً لدراسة المشاريع المتعلّقة في هذا الشأن، والمصادقة عليها وتعريف الأدوار للمؤسسات المشاركة، ومن ثم تقديمها إلى جهات معنية بهذه المشكلة محلياً وعالمياً.
وفي هذا السياق، استطاع الدكتور نايفة ومجموعة من العلماء في الولايات المتحدة، إضافة إلى علماء من مصر ومجموعة صغيرة من دول أخرى، أن ينجز مشروع شراكة دولية في «نانوتكنولوجيا» عبر «صندوق الدعم (الأميركي) الوطني» National Support Fund. وحصل هذا الفريق الدولي على دعم أولي لتأسيس شراكة تهدف إلى تحفيز التعاون البحثي بين باحثين في الولايات المتحدة من جهة، ونظرائهم في مؤسسات متنوّعة في الشرق الأوسط، من الجهة الأخرى. وتسعى هذه الشراكة إلى تطوير كفاءة تقنيات الخلايا الشمسية باستخدام علوم النانو، وتطوير تقنيات تخزين طاقة الكهرباء المتحصّلة من أشعة الشمس، وكذلك الحال بالنسبة إلى ما يُشاكلها من أنواع الطاقة الخضراء (خصوصاً طاقة الرياح)، بمعنى أنها أنواع نظيفة من الطاقة المتجددة والمتوافقة مع البيئة وصحة الإنسان.
تجميع شتات الطاقة
وفي هذا السياق، تعمل الدكتورة نهى الحلواني، وهي أستاذة مساعدة في «المركز القومي للبحوث» تمثّل الجانب المصري في المشروع، في المختبر العلمي للدكتور نايفة في جامعة «إلينوي». وينصبّ عملها على جزيئات «نانوسيليكون» المتناهية الصِغَر، وتحضير مركبات لها أهمية بالغة في تطوير الطاقة المتجدّدة وتخزينها. وتساهم الحلواني في صنع جزيئ «نانوسيليكون» له تركيب فائق الإحكام والانتظام، ما يجعل مساحته السطحية كبيرة تماماً، على رغم حجمه الفائق الصِغَر. وفي الوقت ذاته، يتناول العمل تكوين شبكات منتظمة من هذا «نانوسيليكون» في صنع ألياف ضوئية لنقل الإلكترونات في الشبكات الرقمية بسرعة فائقة، من دون استهلاك طاقة كهربائية كبيرة. بقول آخر، تستطيع جزيئات «نانوسيليكون» توفير أسطح لتجميع شتات الطاقة أثناء إنتاجها في خلايا أشعة الشمس أو طواحين الرياح وسواها.
وفي السياق عينه، أوضح نايفة أن الشراكة تشكّل فرصة جيدة ل «المركز القومي للبحوث» في مصر، وتوقّع أن تؤدي إلى اجتذاب تمويل كبير، «وهو أمر حيوي تشتد الحاجة إليه في مثل هذا النوع من البحوث، من أجل رفع مستوى المعدات والتجهيزات وتحديثها في المركز المصري». وبيّن نايفة أن هذا المسار «يتيح للباحثين فرصة أفضل لإجراء أرقى أنواع البحوث، التي تخدم صنع منتجات متقدّمة علمياً تستطيع دخول المنافسة على المستوى الدولي». وقال: «من شأن الشراكة أن تسفر عن توصّل علماء مصريين إلى حيازة عدد كبير من براءات الاختراع والملكية الفكرية، في سياق صنعهم أجهزة متطوّرة في الطاقة المتجدّدة، باتت مجالاً حيوياً تتنافس فيه الدول بضراوة. وفي الوقت نفسه، يتيح هذا التفاعل الوثيق المُكثّف بين العلماء والمهندسين من بلدان عدة، الفرصة للتدريب والتأهيل في مصر، إضافة إلى تنمية الموارد البشرية في العلوم والتكنولوجيا الحديثة».
دور المواد العضوية
وثمّن نايفة مدى التعاون الذي أبدته إدارة المركز المصري، ورغبتها في تقديم كل ما في وسعها لتسهيل عمل الشراكة ونجاحها، إضافة لتقديمها الدعم لاستضافة الاجتماع العام الأول للشراكة في المركز. وتقوم الفكرة المتميزة لنايفة على استخدام مركبات عضوية وبوليمرات ممزوجة مع جسيمات نانوية من المواد الصلبة شبه الموصلة للكهرباء (وهي السيليكون)، بهدف تجميع الطاقة المتجدّدة وتخزينها.
وتنبع أهمية استخدام المواد العضوية من كونها ذات كلفة قليلة، إضافة إلى سهولة التعامل معها وصدقتها مع البيئة. في المقابل، تواجه هذه التقنية مصاعب من شأنها أن تقلّل من الأداء والكفاءة بدرجة كبيرة. وتشمل هذه المصاعب جنوح هذه المركّبات إلى التكتّل في تجمعات شديدة التعقيد، ما يؤدي إلى انخفاض في المساحة المطلوبة للتفاعل مع الطاقة، وكذلك تعطيل انتقال الإلكترونات، ما يخفض كفاءة تجميع الكهرباء وتخزينها.
ويهدف مشروع الشراكة الدولي إلى تسهيل الاتصال بين الباحثين عبر توفير وسيلة أساسية لهم في البلدان المعنية بتدعيم شراكة وطيدة بين المؤسسات التي يعمل فيها أولئك العلماء. ويعمل المشروع أيضاً على إجراء دراسات مشتركة في مجال المركّبات المعتمدة على جزيئات السيليكون النانوية المضيئة مع البوليمرات الموصلة للكهرباء من جهة، والكربون والغرافين من جهة أخرى، بهدف تطوير أساليب تجميع شتات الطاقة المتجدّدة وتخزينها. وكذلك تُركّز أعمال نايفة على صنع أغشية رقيقة من مُركّبات النانو المستندة إلى السيليكون، وفهم الطبيعة الإلكترونية والبصرية لهذة الأغشية، تمهيداً لاستخدامها في تطوير أجهزة جديدة للطاقة الخضراء.
كما يهدف هذا العمل إلى المساهمة في إيجاد حلول لأزمة الطاقة الحالية بطريقة تؤدي إلى تقدّم ملموس في تكنولوجيا الطاقة المتجدّدة، عبر منتجات تقنية تقدر على المنافسة اقتصادياً مع التكنولوجيات المماثلة المستخدمة حالياً، بل الحلول مكانها.
ويعمل برنامج الاجتماع العام المقبل للشراكة على تنظيم ورشة عمل دولية من أجل المساعدة في تصميم مشاريع علمية بحثية متعددة وتعريف أدوار المشاركين فيها، وتسهيل العمل التعاوني لإعداد مشاريع لعرضها على «صندوق الدعم الوطني» ووكالات التمويل الأخرى.
يذكر أن الدول المشاركة في الاجتماع هي الولايات المتحدة، (تمثلها جامعات إلينوي وشيكاغو وكليفلاند) وباكستان (جامعة كراتشي)، والأردن (الجامعة الأردنية وجامعة اليرموك)، وتركيا (جامعة الفاتح في اسطنبول)، وأبو ظبي (معهد «مصدر للعلوم والتكنولوجيا»)، إلى جانب مصر التي يمثلها «المركز القومي للبحوث».
وستكون الشراكة مفتوحة لنشاط العلماء من الجامعات الحكومية والخاصة والمختبرات الحكومية، إضافة إلى القطاع الصناعي الخاص في مصر.
يذكر أن المنظمين العالميين لهذا الاجتماع هم منير نايفة وعرفان أحمد وسيف طاهر (جامعة إلينوى)، وإكرام فطين ونهى الحلواني (نائب رئيس المركز القومي للبحوث - قسم البوليمرات)، وسو تونغ ياو (جامعة ولاية كليفلاند)، وبولانت إيدوجان من جامعة شيكاغو.