تحويل الماء إلى وقود ..ثورة تنتظر المستقبل

واشنطن – إيفا بوتكين كواكي
ترجمة: خالد طه

أزال العلماء عقبة أخرى من طريق استخلاص وقود الهيدروجين من الماء بتكلفة معقولة، وهو تطور يمكن أن يحدث تغييرا جذريا في الطريقة التي نزود بها مركباتنا بالوقود.
إن الهيدروجين له القدرة على تزويد السيارات بوقود نظيف صديق للبيئة، ولكن صنع هذا الوقود لم يكن فعالا ولا اقتصاديا بالدرجة التي تسمح بإنتاجه. وغاز الهيدروجين النقي لا يتكون بشكل طبيعي على الأرض، لذلك ينبغي على العلماء ابتكار طرق لفصل الهيدروجين من المركبات الموجودة بشكل طبيعي، مثل الماء.
حتى الآن، مازالت السيارات التي تعمل بالماء بعيدة المنال. كما أن عملية التحليل الكهربائي للماء إلى غازي الهيدروجين والأوكسجين من خلال تمرير تيار كهربائي في الماء، وغيرها من الأساليب الممكنة الأخرى، هي أساليب إما باهظة التكلفة أو صعبة للغاية.
ولكن فريقا من العلماء خرج بآلية مختلفة لإنتاج وقود الهيدروجين من الماء. فقد قام هؤلاء الباحثون بتخليق مادة بيولوجية تقوم بتحفيز انقسام عنصري الماء، الهيدروجين والأوكسجين، وصفوها في ورقة بحثية نشرت في دورية "كيمياء الطبيعة".
تسمى هذه المادة البيولوجية P22-Hyd ، وهي تتكون من إنزيم معدل يسمى هيدروجيناز، يتم حمايته داخل القشرة البروتينية لفيروس بكتيري. وتشكل هذه المادة مفاعلا مصغرا يعمل على تحفيز تكون الهيدروجين بكفاءة تزيد 150 ضعفا عن أداء الإنزيم في شكله الأصلي.
وتعمل الآلي في كلا الاتجاهين، حيث تستطيع مادة P22-Hyd كسر الروابط الكيميائية في جزيء الماء (H2O) لإنتاج الهيدروجين والأوكسجين، وأيضا يمكنها جمع الغازين لتوليد الطاقة.
وهذا الانعكاس هو الذي يجعل سيارات خلايا الوقود الهيدروجيني تعمل. إن غاز الهيدروجين يختلط مع الأوكسجين الموجود في الغلاف الجوي فيولد الكهرباء التي تشغل محرك أو محركات السيارة. والناتج الثانوي الوحيد لهذا التفاعل هو بخار الماء، وليس غاز ثاني أكسيد الكربون السام كما يحدث في السيارات التي تعمل بوقود البنزين التقليدي.
قال ، كبير معدي الدراسة من جامعة إنديانا بلومنجتون تريفور دوجلاس: "التفاعل يسير في كلا الاتجاهين – فهو يمكن استخدامه إما كمحفز لإنتاج الهيدروجين أو كمحفز لخلايا الوقود".
إن مادة P22-Hyd يمكنها أن تجعل إنتاج وقود الهيدروجين أقل تكلفة وأكثر صداقة للبيئة من المحفزات الأخرى التي يتم استخدامها. فمن بين المحفزات الأخرى التي يتم استخدامها البلاتين، وهي مادة نادرة ومكلفة وغالبا ما تستخدم في السيارات الراقية جدا التي تعمل بوقود الهيدروجين.
قال الدكتور دوجلاس: "هذه المادة مماثلة للبلاتين، إلا أنها متجددة. فأنت لا تحتاج إلى التنقيب عنها، بل يمكنك تخليقها في درجة حرارة الغرفة على نطاق واسع باستخدام تكنولوجيا التخمر، وهي أيضا قابلة للتحلل البيولوجي. إنها عملية خضراء تماما لتصنيع مواد مستدامة راقية".
وقد بحث العلماء أيضا إلى مصادر للهيدروجين غير الماء لتزويد سيارات خلايا الوقود الهيدروجيني، حيث أعلن فريق من الباحثين عن وسيلة جديدة لإنتاج الهيدروجين من الكتلة الحيوية في ورقة بحثية منشورة في أبريل عام 2015. وقد استخدمت هذه الطريقة مخلفات الذرة مثل الكيزان والقشور والسيقان. وكتلة الذرة الحيوية هذه تنتج الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون أثناء تحللها.
إن استخدام هذه المواد العضوية المهملة يمكن أن يجعل من وقود الهيدروجين أكثر قدرة على البقاء والاستمرار. فهذه الطريقة فعالة من حيث التكلفة وحجم الإنتاجية، وبذلك فهي يمكن أن تبعث حياة جديدة في سيارات الهيدروجين. إن الكتلة الحيوية تعتمد على مواد متوفرة بسهولة (وهي في العادة مواد مهملة غير مستخدمة)، وهو ما يقلل من تكاليف الوقود الأولية. كما أن هذه الطريقة تزيد أيضا من معدل التفاعل بمقدار ثلاثة أضعاف – وعلى هذا النحو يمكن إنتاج الوقود في منشآت صغيرة في حجم محطات البترول مثلا، مما يقلل أكثر من التكلفة. ويمكن وضع هذه المنشآت بجوار محطات المعالجة، مما يمكن أن يحفز الصناعات المحلية.