نائب أمير الرياض يعزي زبن بن عمير في وفاة والده    الأخضر يفتتح مشواره بأمم آسيا للناشئين بثنائية في الصين    الهلال ينهي تحضيراته لمواجهة النصر وتأكد جاهزية البليهي    «المعيني» مشرفًا عامًا للأعمال الخيرية والتطوعية    الفارس"رمزي الدهامي" يمثّل المملكة في كأس العالم لقفز الحواجز 2025    حرس الحدود بجازان يحبط تهريب (45) كجم "حشيش"    نجوم الفن العربي يتألقون في ليلة دايم السيف اليوم بجدة    استشهاد 29 فلسطينيًا في قصف إسرائيلي على مدرسة تؤوي نازحين بمدينة غزة    توزّيع أكثر من 24 مليون وجبة إفطار صائم خلال شهر رمضان بالحرمين    السعودية تدين وتستنكر الغارات الإسرائيلية التي استهدفت 5 مناطق مختلفة في سوريا    الجيش اللبناني يغلق معبَرين غير شرعيَّين مع سوريا    نفاذ نظامي السجل التجاري والأسماء التجارية ابتداءً من اليوم    المملكة تستضيف "معرض التحول الصناعي 2025" في ديسمبر المقبل    المملكة تحقِّق أرقاماً تاريخية جديدة في قطاع السياحة    مركز 911 يستقبل أكثر من 2.8 مليون مكالمة في مارس الماضي    الملك وولي العهد يعزيان عضو المجلس الأعلى حاكم أم القيوين في وفاة والدته    المملكة تدين اقتحام وزير الأمن القومي الإسرائيلي للمسجد الأقصى    المذنب: القرية التراثية تحتضن معايدة حي الديرة ضمن مبادرة عيدنا في حينا    العثور على رجل حي تحت الأنقاض بعد 5 أيام من زلزال ميانمار    ودعنا رمضان.. وعيدكم مبارك    أكثر من 122 مليون قاصدٍ للحرمين الشريفين في شهر رمضان    الدفاع المدني: استمرار هطول الأمطار الرعدية على معظم مناطق المملكة حتى الاثنين المقبل    طارق السعيد يكتب.."محبوب الجماهير الاتحادية عبدالله فلاته"    المملكة وروسيا والعراق والإمارات والكويت وكازاخستان والجزائر وعُمان يؤكدون التزامهم المشترك بدعم استقرار السوق البترولية    الفريق الفتحاوي يواصل استعداداته لاستكمال دوري روشن.. وقوميز يعقد مؤتمرًا صحفيًا    الأونكتاد: سوق الذكاء الاصطناعي يقترب من 5 تريليونات دولار    هيئة الهلال الأحمر بالشرقية تكثف جهودها خلال عيد الفطر 1446ه    أكثر من 30 فعالية في (٨) مواقع تنثر الفرح على سكان تبوك وزوارها    بلدية محافظة الأسياح تحتفي بعيد الفطر وتنشر البهجة بين الأهالي    مصادرة العديد من الفواكة الغير صالحة للاستهلاك بمنطقة عسير    المملكة تدعم أبطال ذوي التوحد    بلدية محافظة الشماسية تحتفل بعيد الفطر المبارك    احتفالات مركز نعام بعيد الفطر المبارك 1446ه    أخضر السيدات يدشن معسكر الدمام ويواجه سريلانكا وهونغ كونغ    قمر صناعي صيني لبث الإنترنت    فرحة العيد    عيد الشعبة غير    القادسية يتغلّب على الرائد ويتأهل لنهائي كأس الملك    الدولار يتراجع بنسبة 1% أمام اليورو إثر إعلان ترامب بشأن الرسوم الجمركية    العثور على «صقر الأسياح» في العراق    رسوم ترامب على السيارات ستشمل واردات بقيمة 600 مليار دولار منها أجهزة الكمبيوتر    ماذا عن هؤلاء يا لجنة الاستقطاب؟!    تشهي التخطئة    هيئة العقار تدرس وضع حد لرفع الإيجارات    السفير الرقابي يقيم حفل استقبال ويشارك رئيس الجمهورية بصلاة عيد الفطر المبارك    وزارة الصحة الأمريكية تبدأ عمليات تسريح موظفيها وسط مخاوف بشأن الصحة العامة    رياح مثيرة للأتربة على 5 مناطق    مجمع الملك سلمان للغة العربية يُطلق برنامج "شهر اللغة العربية" في إسبانيا    طيفُ التوحدِ همٌ أُمَمِي    ترحيب سعودي باتفاق طاجيكستان وقرغيزستان وأوزبكستان    نواف بن فيصل يُعزّي أسرة الدهمش في وفاة الحكم الدولي إبراهيم الدهمش    العيد يعزز الصحة النفسية    محافظ الطوال يؤدي صلاة عيد الفطر المبارك في جامع الوزارة ويستقبل المهنئين    باحثون روس يطورون طريقة لتشخيص التليف الكيسي من هواء الزفير    جمعية " كبار " الخيرية تعايد مرضى أنفاس الراحة    الأمير سعود بن نهار يستقبل المهنئين بعيد الفطر    جمع مهيب في صلاة عيد الفطر في مسجد قباء بالمدينة المنورة    مختص ل «الرياض»: 7% يعانون من اضطراب القلق الاجتماعي خلال الأعياد    







شكرا على الإبلاغ!
سيتم حجب هذه الصورة تلقائيا عندما يتم الإبلاغ عنها من طرف عدة أشخاص.



غابة من أشجار النانوتكنولوجيا تتنفس أوكسجين و «تصنع» هيدروجين
نشر في الحياة يوم 07 - 07 - 2013

ثارت زوابع من ردود الفعل القلقة عندما أُعلِن عن تخطي مستوى ثاني أوكسيد الكربون في الغلاف الجوي، نسبة ال400 جزيء في المليون، وهو ما يعتبره علماء البيئة خطاً أحمر ينذر بوصول التلوّث بهذا الغاز إلى حافة الكارثة، خصوصاً أنها المرّة الأولى التي يصل فيها ثاني أوكسيد الكربون إلى هذا المستوى منذ ما يزيد على ثلاثة ملايين سنة.
وفي خطوة تبدو وكأنها بداية للرد على هذا التهديد لبيئة الكوكب الأزرق، سجّل العلماء تقدّماً مهمّاً في السباق إلى تطوير مصادر طاقة متجددة خالية من انبعاثات غاز الكربون، إذ أعلن علماء في «مختبر لورنس بيركلي الوطني» التابع لوزراة الطاقة الأميركية، عن أوّل نظام نانوي متكامل للتمثيل الضوئي الاصطناعي Artificial Photo Synthesis. وفي الطبيعة، تجري عملية التمثيل الضوئي في أوراق الأشجار التي تأخذ ثاني أوكسيد الكربون وتمزجه مع الماء الموجود في مادة الكلوروفيل الخضراء في نسغها، ثم تستعمل ضوء الشمس لتفكيك هذا الماء مع إعطاء كمية من الأوكسجين إلى الهواء. واستطاع علماء «مختبر بيركلي» تقليد هذه العملية عبر نظام يستند إلى تقنية النانوتكنولوجيا. ويُعرَف هذا النوع من النُظُم ب «ورقة النبات الاصطناعية» Artificial Plant Leaf مع ملاحظة أن ما صنعه «مختبر بيركلي» هو أقرب إلى أن يكون «غابة اصطناعية».
غابة النانو
شرح بيدونغ يانغ، وهو عالم الكيمياء الذي قاد هذا البحث في «قسم علوم المواد» في مختبر بيركلي، هذا الإنجاز قائلاً: «إنّ نظام التثميل الضوئي الاصطناعي، يعمل بطريقة تشبه عملية التمثيل الضوئي التي ينجزها ال «كلوروفيل» في النبات الأخضر. ويتألّف النظام من اثنين من أشباه الموصلات المُمتصة الضوء، مع طبقة لنقل شحنات الكهرباء، ومواد تساعد التفاعلات الكيماوية فيه.
وبغية تسهيل عملية تحليل الماء بطاقة الشمس في هذا النظام، صنعنا بنى متنوّعة من أسلاك النانو على هيئة شجرة مؤلّفة من جذوع من السيليكون وأغصان من أوكسيد التيتانيوم. وإذا نظرت إلى صفوف من هذه البنى النانوية، فإنها تبدو كغابة اصطناعية.
يشغل بيدونغ يانغ منصباً أكاديمياً رفيعاً في قسمي الكيمياء وعلوم المواد والهندسة، في «مختبر بيركلي» في جامعة كاليفورنيا. ووضع يانغ دراسة تشرح هذا العمل النانوي - الضوئي في مجلة «رسائل النانو» NANO Letters. حملت الدراسة عنوان «نظام نانوي متكامل من الأسلاك النانوية شبه الموصلة لتحليل الماء مباشرة باستعمال طاقة الشمس» A Fully Integrated Nanosystem of Semiconductor Nanowires for Direct Solar Water Splitting. وشاركه في هذه الدراسة فريق من العلماء ممن شاركوا في هذه التجربة، وهم تشونغ ليو وجينياو تانغ وهاو منغ تشين وبن ليو.
تشكّل طاقة الشمس حلاً ممتازاً ضمن مصادر الطاقة المتجدّدة الخالية من انبعاثات الكربون، إذ تحمل أشعة الشمس التي تصل إلى الأرض في ساعة، كميّة من الطاقة تكفي حاجات سكان الأرض لسنة كاملة. ويُعتبَر التمثيل الضوئي الاصطناعي الذي يحوّل طاقة الشمس وقوداً بصورة مباشرة، من أبرز التقنيات الواعدة في الطاقة الشمسية.
ثمة وجه آخر لهذه التقنية النانوية. فمع تفكّكه، يعطي الماء الأوكسجين والهيدروجين. وفي النظام الطبيعي، يستعمل الهيدروجين في أنسجة النباتات. أما في النظام الاصطناعي النانوي، فمن المستطاع تجميع الهيدروجين لاستخدامه وقوداً يكون صديقاً للبيئة لأن احتراقه لا يعطي سوى... ماء! وظهر كثير من المشاريع لاستعمال غاز الهيدروجين وقوداً بديلاً في الصناعة ومركبات المواصلات العامة.
ويتمثّل التحدي الأكبر الذي يواجه نظام التمثيل الضوئي الاصطناعي في أن تكون كلفة إنتاج الهيدروجين منخفضة بصورة كافية كي تتيح له منافسة الوقود الأحفوري مثل النفط والغاز الطبيعي. وتتطلّب مواجهة هذا التحدي نظاماً متكاملاً يقدر على امتصاص ضوء الشمس بفعالية، وتفكيك الماء إلى غازَي الأوكسجين والهيدروجين، باستخدام تقنيات النانوتكنولوجيا.
وفي النبات، يمتصّ الكلوروفيل ضوء الشمس عبر جزيئات تولّد إلكترونات تحوّل في نهاية المطاف ثاني أوكسيد الكربون إلى نشويات متنوّعة. وتسمّى هذه السلسلة في نقل الإلكترونات ب «المخطط زد» Z-scheme. ويتبع يانغ وزملاؤه أيضاً مخطط Z في نظامهم النانوي، إلا أنّهم يستخدمون مادتين شديدتي التوافر هما السيليكون وأوكسيد التيتانيوم، وهما غنيّان بالمواد التي تحفّز العمليات الكيماوية في هذا النظام الاصطناعي، إذ يُستَعمَل السيليكون في توليد الهيدروجين، وأوكسيد التيتانيوم لتوليد الأوكسجين. وكذلك اعتُمِدَت هيكلية لهذا النظام تشبه الشجرة لرفع مستوى الأداء إلى حدّه الأقصى، لأن المصفوفات الكثيفة من أشجار الأسلاك النانوية الاصطناعية، على غرار الأشجار في غابة حقيقية، تمنع انعكاس ضوء الشمس كما توفّر مساحة أكبر لحصول التفاعلات المنتجة للوقود.
وحقّق هذا النظام الاصطناعي في التمثيل الضوئي المرتكز تقنية أسلاك النانو، نسبة 0.12 في المئة في فعالية تحويل طاقة الشمس وقوداً، ما يعني أنه يحتاج إلى كثير من التحسين كي يصبح قادراً على الدخول إلى مرحلة الاستخدام الفعلي. وفي هذا الصدد، يبدو هذا النظام قابلاً للتطوير بسلاسة، وفق ما أشار إليه يانغ في دراسته المذكورة.


انقر هنا لقراءة الخبر من مصدره.