الصين تتحضر لمنتخب السعودية بلاعب برازيلي    "العدل": صندوق النفقة يصرف 78 مليون ريال ل 23 ألف مستفيد    معالي‬⁩ الشيخ صالح بن حميد يكرم الفائزين والفائزات في مسابقة "مشكاة النبوة" بمكة    مواجعات صعبة للاندية السعودية في ربع نهائي دوري أبطال آسيا للنخبة    إدمان الأجهزة لدى الأطفال.. 7 علامات تحذيرية وحلول فعالة    أمانة الشرقية تفعل مبادرة "بسطة خير" في منتزه الملك عبد الله بالواجهة البحرية في الدمام    دوريات حرس الحدود الساحلية تحبط تهريب (24) كيلوجرامًا من مادة الحشيش المخدر بضباء    تطوير قدرات الذكاء الاصطناعي مع ضمان امتلاكها أعلى معايير الأمان والموثوقية.. بين التحديات والحلول    18 ألف مستفيد من مركز الزامل للعيون بمستشفى الملك سعود بعنيزة في 2024    القيادة تهنئ رئيس إيرلندا بذكرى اليوم الوطني لبلاده    التصحيح يغلق مستودعات مخالفة في مركزية الطائف    وكيل وزارة الداخلية لشؤون الأفواج الأمنية يتفقّد قوات الأفواج بمنطقة نجران    قوات الاحتلال الإسرائيلي تعتقل 8 فلسطينيين في الضفة الغربية    ولي العهد السعودي يطلق خريطة «العِمَارَة السعودية» ب19 طرازاً    معركة بدر" نقطة تحوّل في التاريخ الإسلامي ودروس خالدة في القيادة والتخطيط    بدجت السعودية وتمارا.. شراكة استراتيجية تعيد تعريف تجربة تأجير السيارات    4.07 تريليون ريال حجم الناتج الإجمالي.. السعودية .. نمو مستدام ووجهة عالمية للاستثمار    موجز    واشنطن: الهجمات على الملاحة يجب أن تتوقف.. ضربات أمريكية على الحوثيين في 6 محافظات يمنية    للمرة الأولى في تاريخه.. وبحضور الرميان.. نيوكاسل بطلًا لكأس الرابطة الإنجليزية    احرصوا على سجل الذكريات    مشروع الأمير محمد بن سلمان يطيل سلامة مساجد الجوف    معرض "الداخلية" يعرف بالخدمات المقدمة لضيوف الرحمن.. تطبيقات ذكاء اصطناعي لإدارة الحشود    34 قتيلًا وجريحًا.. حصيلة انفجار اللاذقية.. الضباط «المنشقون» ركيزة الجيش السوري الجديد    «عشا الوالدين»    إذا لم تفشل.. فأنت لم تحاول من الأساس    هيئة المدن الصناعية ارتفاع عدد المصانع بتبوك إلى 200%    نائب أمير منطقة تبوك يشارك الأيتام إفطارهم    جمعية تحفيظ القرآن الكريم بالعيص تنهي برنامج ( أكلفهم ولك أجرهم )    برشلونة يتغلب على أتلتيكو مدريد في الدوري الإسباني    سلة الاتحاد تتوج ببطولة الدوري    استمرار الجهود الميدانية لفرق هيئة الاتصالات والفضاء والتقنية في الحرمين الشريفين    لوران يريح اللاعبين خمسة أيام    مستشفى الأمير ناصر بن سعد السديري بالغاط يواصل حملة "صم بصحة"    الزلزولي خيار جديد على رادار الاتحاد    %43 من الطلاب المعاقين بالمرحلة الابتدائية    الأثر الثقافي للتقاليد الرمضانية    أخطر رجل في الجماعة الإرهابية: مرحلة الإمارات (7)    نوتات موسيقية لحفظ ألحان الأهازيج الشعبية    مرسم مفتوح ومعرض تشكيلي في رمضان زمان    العلمانية.. عناصر جديدة لفهم مسارها    ترفيه ومبادرات مجتمعية    تي تي إم تحتفي بإرثها في ملتقيات رد الجميل    متى تحسم درجات المواظبة ؟    4.67 ملايين للعناية بمساجد الأحساء    إصلاح قدرات الناتو ضرورة لمواكبة التهديدات المتسارعة    «مسام» ينتزع 548 لغمًا خلال أسبوع في اليمن    طاش مديرا تنفيذيا للمدينة الطبية    321 عملية أورام تعيد الأمل لمرضى جازان    100 متطوع ومتطوعة بحملة صم بصحة    مكة في عهد الوليد بن يزيد.. اضطرابات سياسية وتأثيرها على إدارة الحرم    نائب أمير نجران يثمَّن جهود الأفواج الأمنية.. ويكرم الطلاب المميزين    وغابت الابتسامة    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    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.