قوات الاحتلال تعتقل 11 أسيرا فلسطينيا مفرج عنه من الخليل    جامعة الأمير سلطان تحصل على براءة اختراع لحماية حقوق المحتوى الرقمي    لبنان يرفض محاولة إسرائيلية لمقايضة تحديد الحدود والانسحاب باتفاق تطبيع    دول مجلس التعاون تخطو خطوات كبيرة وقيّمة لمكافحة الإسلاموفوبيا    الهلال الأحمر بالمدينة يباشر أكثر من 8000 بلاغًا منذ بداية رمضان    إقامة الافطار الرمضاني لهيئة الصحفيين بمكة من أعلى إطلالة في بقاع المعمورة    تعزيز البيئة الاستثمارية في مكة    التزام راسخ بتعزيز الأمن والاستقرار في العالم.. ولي العهد.. دبلوماسية فاعلة في حل الأزمات الدولية    بمشاركة حكومة دمشق لأول مرة.. المؤتمر الأوروبي لدعم سوريا.. ماذا يريد الطرفان؟    ترامب يحذر الحوثيين: حان وقتكم.. سنحاسبكم بالقوة المميتة    الأخدود يصعق الأهلي بهدف قاتل    ولي العهد يبحث مستجدات الأحداث مع رئيسة وزراء إيطاليا    اللجان الأولمبية الإفريقية تعترف بالاتحاد الدولي للهجن    مجلس الشؤون الاقتصادية والتنمية يعقد اجتماعًا لمناقشة التقارير وإصدار التوصيات    انطلاق «بسطة خير» لتمكين الباعة الجائلين    "أبشر" تتيح تجديد رخصة القيادة إلكترونياً    أسواق    «المداح.. أسطورة العهد» مسلسل جديد في الطريق    "سعودية" تبتكر تقنية متطورة لتوثيق نبضات الأجنة    823.9 ريالا فارقا سعريا بين أسعار الغرف الفندقية بالمملكة    جمعية «صواب» تطلق مشروع «العزيمة» للتعافي من الإدمان بجازان    ربط حي السفارات بشبكة النقل العام عبر حافلات الرياض    «ستاندرد آند بورز» ترفع تصنيف المملكة وتشيد بحراكها نحو تحفيز الاستثمار    هل تتعرض أمريكا للهجرة العكسية    اختصاصي شؤون طلابية: احموا المدارس من العدوى    فتاوى الحوثيين تصدم اليمنيين    مبابي يقود الريال لكسر عقدة فياريال    جبل أم القصص وبئر الصداقة!    مؤسسة العنود تعقد ندوة «الأمير محمد بن فهد: المآثر والإرث»    انفجار العماليق الكبار    إطلاق مبادرة "بسطة خير السعودية" بالواجهة البحرية بالدمام    بدعم المملكة.. غينيا تحتفي بالفائزين في مسابقة القرآن    مسجد الجامع في ضباء ينضم للمرحلة الثانية لمشروع الأمير محمد بن سلمان ضباء - واس ضمّت المرحلة الثانية لمشروع الأمير محمد بن سلمان لتطوير المساجد التاريخية مسجد الجامع في مدينة ضباء بمنطقة تبوك، نظرًا لكونه أحد أقدم المساجد التاريخية ورمزًا تراثيًا في ا    مراكيز الأحياء.. أيقونة رمضانية تجذب أهالي جازان    كعب أخيل الأصالة والاستقلال الحضاري 1-2    موعد مباراة الأهلي القادمة بعد الخسارة أمام الأخدود    سفيرة المملكة في فنلندا تدشن برنامج خادم الحرمين لتوزيع التمور    الأذان.. تنوعت الأصوات فيه وتوحدت المعاني    خلافة هشام بن عبدالملك    وغابت الابتسامة    جمعية "شفيعاً" تنظّم رحلة عمرة مجانية لذوي الإعاقة والمرضى وكبار السن والفئات الاجتماعية برفقة أهاليهم    الصحة تجدد التزامها بحماية حقوق المرضى    مستشفى الدكتور سليمان الحبيب بالتخصصي يستأصل ورماً كبيراً بمحجر العين بعملية منظار متقدمة    القسوة ملامح ضعف متخف    ودية تعيد نجم الاتحاد للملاعب    قائد القادسية تحت مجهر الانضباط    الأخضر يستعد للتنين بالأسماء الواعدة    «سلمان للإغاثة» يوزّع 1.390 سلة غذائية في محافظتين بالصومال    تركي بن محمد بن فهد يطلق عددًا من المبادرات الإنسانية والتنموية    حكاية كلمة: ثلاثون حكاية يومية طوال شهر رمضان المبارك . كلمة : بئير    أبرز العادات الرمضانية في بعض الدول العربية والإسلامية.. فلسطين    من العقيدة إلى التجربة.. قراءة في أنسنة الدين    طويق جازان في مبادرة إفطار مرابط بالحد الجنوبي    وفاة الأميرة نورة بنت بندر آل سعود    إطلاق 16 كائنًا فطريًا في محميات العلا    نائب أمير منطقة مكة يستقبل رئيس المحكمة الجزائية بجدة    عَلَم التوحيد    فرع هيئة الصحفيين بجازان يحتفي بيوم العلم السعودي بالتعاون مع فندق جازان ان    







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.