مصدر جديد ومدهش للطاقة.. نظيف ويقلص من الاحتباس الحراري | علوم

يُعد استهلاك الطاقة مؤشرا أساسيا في تحديد هويّة ومستوى أي حضارة وفقًا لمفاهيم مقياس “كارداشيف”، إذ إنّ الطاقة المستهلكة تتوافق طرديا مع متطلبات التكنولوجيا التي تعكس مدى التقدم التقني الذي حققته الحضارة.

ومع النمو المتسارع في الحضارة البشرية اليوم، فإنّ استهلاك الطاقة وصل إلى مراحل قصوى، ورافق ذلك ظهور أزمة الاحتباس الحراري العالمية، لأنّ اعتماد البشرية في توليد الطاقة خلال العقود الماضية كان جلّه على الوقود الأحفوري، وهو المسبب الأوّل للانبعاثات الضارة والغازات الدفيئة.

وفي وقت سابق جاءت “اتفاقية باريس” في عام 2015 وتعهّدت فيها 195 دولة بضرورة تفادي ارتفاع متوسط درجة حرارة الكوكب وعدم تجاوز عتبة الـ”1.5 درجة مئوية” حتى نهاية القرن الحالي. وعليه فإنّ مجموعة من دول العالم المتقدم أخذت على عاتقها أن يكون إنتاج الطاقة بصافي انبعاثات صفرية بحلول عام 2050 وفقا للوكالة الدولية للطاقة.

وهذا يعني أن يكون الاعتماد على مصادر الطاقة المستدامة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية وغير ذلك، وتعد هذه المصادر صديقة للبيئة لأنّها تحد من الانبعاثات الضارة. إلا أنّ تحقيق هدف 2050 لا يبدو واقعيا نظرا إلى حجم الاستهلاك الضخم الذي لا تقدر على تغطيته مصادر الطاقة المستدامة بشكلها الحالي.

وفي خِضم ذلك، توصّل مجموعة من العلماء إلى اكتشاف رائد لأحد مصادر الطاقة المتجددة التي تنتج الطاقة عن طريق استخدام “خلايا طاقة ضوئية دقيقة” تعتمد على عملية التمثيل الضوئي، وربّما يكون أحد الحلول المرتقبة التي ستغيّر شكل إنتاج الطاقة في المستقبل.

التمثيل الضوئي لإنتاج الكهرباء

استعان فريق بحثي من جامعة “كونكورديا” الكندية بعملية التمثيل الضوئي لإنشاء خلايا طاقة ضوئية دقيقة تُسخّر الطحالب لتوليد الطاقة، وتلتقط الخلايا الإلكترونات الناتجة عن التمثيل الضوئي وتحولها إلى تيار كهربائي مستمر.

ولا تقتصر فائدة التقنية المستكشفة على إنتاج الطاقة فحسب، بل أيضا تعمل في الوقت نفسه على امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوّي، وهو أحد الغازات الضارة الناتجة عن عمليات حرق الوقود الأحفوري. كما وجد الباحثون أنّ المنتج الثانوي الوحيد الذي ينتج عن هذه العملية هو الماء وفي ذلك دلالة على أنّ التقنية صديقة للبيئة بشكل كامل.

وأوضح الباحث المشارك في الدراسة “كيرانكومار كوروفيناشيتي” أنّ الهدف هو أن تعمل خلايا الطاقة الضوئية الدقيقة على التقاط الإلكترونات الناشئة أثناء عملية التمثيل الضوئي.

وتتكوّن هذه الخلايا من حجرات متراصة بجانب بعضها البعض ويفصلها غشاء مميّز، ويحتوي جزء من هذه الحجرات على طحالب، في حين يحتوي الجزء الآخر على المركب الكيميائي “فريسيانيد البوتاسيوم”. ولدى حدوث عملية البناء الضوئي يلتقط الغشاء الرقيق الإلكترونات الناتجة ليولّد بذلك تيارا كهربائيا.

وعلى الرغم من أنّ خلايا الطاقة التي تعتمد على الطحالب تولّد قدرا أقل من الكهرباء مقارنة بالألواح الشمسية التقليدية، فإنّ هناك إمكانية كبيرة أن تكون تلك الخلايا أكثر كفاءة وقدرة مستقبلا. علاوة على ذلك، فإنّ إنتاجها أرخص وأبسط لأنّها لا تتطلب مواد معقدة وخطيرة كما هو الحال في الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري.

ثورة الخلايا الضوئية الدقيقة

وهي تقنية جديدة لتوليد الكهرباء من خلال عملية التمثيل الضوئي، ومصممة للتطبيقات المنخفضة الاستهلاك على نطاق الملّي واط، ويمكنها إنتاج الكهرباء في البيئات الساطعة والخافتة على حدٍ سواء باستخدام الطحالب وأشعة الشمس.

وتستطيع هذه الخلايا تشغيل أجهزة استشعار دقيقة لمراقبة الطقس في المواقع النائية وتزويد أجهزة الاستشعار في شبكات الاستشعار اللاسلكية بالطاقة.

وإذا تطلّب الأمر مستويات طاقة أعلى، يمكن دمج عدّة خلايا معا في ترتيبات متوازية أو متسلسلة، كما ثبت مخبريا أنّ هذه الطريقة تولّد طاقة أعلى مقارنة بالخلايا الفردية.