ثورة جديدة في عالم الطاقة.. بكتيريا الوقود الهيدروجيني !

هل تسائلت يوماً عن مصير العالم بعد نفاد أهم مصادر الطاقة كالنفط والغاز؟؟ هل سمعت عن مصادر طاقة بديلة وجديدة كالهيدروجين السائل؟؟ هل سمعت مرةً بمصطلح السيارة الهيدروجينية ؟؟ هل تعلم كيف يتم استخلاص هذا النوع من الوقود وكيف يتم الاستفادة منه؟؟هل سمعت بخلايا الوقود ؟؟هل سمعت ببكتيريا قد تنتج الهيدروجين الذي يمكن استعماله لإستخلاص الوقود الهيدروجيني.

تابع قراءة هذا المقال فهو يتكلم عن اكتشاف جديد قد يصبح من أهم مصادر الوقود الهيدروجيني السائل في المستقبل القريب.

لمحة عن الوقود الهيدروجيني السائل وخلايا الوقود الهيدروجيني

تعتبر خلايا الوقود الهيدروجيني من آلات تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، وذلك عن طريق تفاعل الهيدروجين السائل مع الأكسجين والذي ينتج عنه الماء وكمية وافرة من الطاقة الكهربائية والتي تسمح بتشغيل جميع الأجهزة الكهربائية ذات التيار المستمر.

واذا ما قسنا ذلك على واقعنا الحالي  يمكن في المستقبل القريب إختراع سيارات وطائرات وبواخر وحتى مصانع أو منشئات ضخمة تعمل على هذه الطاقة البديلة ، نعم لاتستغرب أنها معجزة بكتيريا الوقود الهيدروجيني .

فوائد إستخدام الوقود الهيدروجيني بإختصار

كلنا يعلم أن مصادر الطاقة المتمثلة في النفط والغاز ممكن أن تنضب وحتى لو بعد مئات السنين وكلنا يعلم أيضاً التلوث الصناعي والإحتباس الحراري التي تسببها الغازات المنبعثة من جميع الآلات التي تعمل على هذه المصادر بما في ذلك السيارات والقطارات وصولاً إلى المصانع والمنشئات الثقيلة وكلنا يعلم أيضاً التكاليف الباهظة للدول التي تستورد النفط والغاز والحاجة الماسة جداً لهذه الطاقة والتي تصل أهميتها إلى قررات دولية على مستوى العالم بأسره .

وفي النهاية إذا ماتم إستخدام الخلايا الهيدروجينية لإنتاج الوقود الهيدروجيني فإن ذلك سيبب ثورة إقتصادية علمية بيئية بكل معنى الكلمة.

أول استخدام للوقود الهيدروجيني

باعتبار أن تأمين الطاقة الكهربائية ومياه الشرب ضرورة لاستمرار حياة رواد الفضاء في المركبات والمحطات الفضائية، حظيت هذه التقنية بأول تجربة عملية لها بعيداً في الفضاء الخارجي.

حيث بدأ استخدام هذه التقنية لأول مرة في ستينيات القرن الماضي عندما طورت شركة جنرال إليكتريك الأمريكية General electric خلايا تعمل على توليد طاقة كهربائية بتيار مستمر قادر على تشغيل جميع الأجهزة والمعدات المتطورة الموجودة في سفينتي الفضاء الشهيرتين جيمني Gemini وأبولو (Apollo).

بالإضافة إلى توفير مياه نقية صالحة للشرب، كانت هذه الخلايا في تلك المركبتين كبيرة الحجم وباهظة التكلفة، لكنها أدت مهامها كاملة من دون وقوع أي خطأ، واستطاعت أن توفر تيارًا كهربائيًا ومصدرًا للمياه النقية الصالحة للشرب طوال رحلتهما.

لم تكن التكلفة الباهظة في صناعة الخلايا الهيدروجينية هي المشكلة الرئيسية التي كان يعاني منها العلماء باعتبارأن هذه التكلفة تتضاءل تتدريجياً مع تقدم العلم والهندسة.

ولكن المشكلة الحقيقية كانت تكمن في طريقة استخلاص الوقود الهدروجيني اعتماداً على النفط  والغاز بحيث يتم إنتاج جزيئات غاز الهيدروجين بطريقة ملوثة ومضرة بالبيئة ومن ثم يتم ضغطها وتسييلها ضمن خزانات خاصة ، مما دفع الكثير من العلماء على مدى سنين طويلة إلى البحث عن مصادر أخرى أكثر نظافة وأقل تلوثاً لإنتاج الهيدروجين.

وبعد ارتفاع أسعار النفط والغاز بشكل كبير تم تطوير وسائل أخرى للحصول على الوقود الهيدروجيني وذلك عن طريق استخدام بعض المحاصيل الزراعية والغذائية مثل قصب السكر وبعض الطحالب، وتم تسمية هذا النوع من الوقود باسم الوقود الحيوي الجيل الأول (first generation biofuels).

وبعد حدوث بعض المخاوف على مستقبل الأمن الغذائي العالمي تم استخدام النفايات الزراعية عوضاً عن المحاصيل، بالإضافة إلى استخدام أنواع أخرى من النفايات الصلبة والعضوية وتم تسمية هذا النوع من الوقود باسم الوقود الحيوي الجيل الثاني (second generation biofuels)، وتمت تسمية الوقود الناتج عن البكتيريا المعدلة وراثياً باسم الوقود الحيوي الجيل الثالث أو المتقدم (third or advanced generation biofuels).

كيف تعمل الخلايا الهيدروجينية؟

خلية الوقود الهيدروجيني هي آلة بسيطة نسبياً حيث يمكن تشبيه الخلية الهيدروجينية ببطارية كبيرة تستمد مكوناتها الكيميائية (الأكسجين والهيدروجين) من مصدر خارجي على عكس البطارية العادية التي تولد الطاقة الكهربائية عن طريق تفاعل مكوناتها الداخلية المحدودة.

تتألف الخلايا الهيدروجينية من صفيحة مصعد وصفيحة مهبط  تفصلها عن بعضها أغشية فصل نصف نفوذة تسمح بمرور البروتونات فقط، وعندما ترد ذرات الهيدروجين على صفيحة المصعد تنقسم إلى إلكترون واحد (شحنة سالبة) وبروتون واحد (شحنة موجبة) وذلك بفضل غشاء الفصل الذي يسمح بعبور البروتون مباشرة إلى المهبط ويلفظ الإلكترون الذي ينتقل إلى المهبط أيضاً ولكن عبر سلك توصيل ليكون تيار كهربائي مستمر.

في نفس هذه اللحظة يتم ضخ غاز الأوكسجين المتوفر بالهواء المحيط إلى صفيحة المهبط ليلتقي بالأيونات والإلكترونات لتتحد جميعها مكونة ذرات الماء ((H₂O التي تتدفق إلى خارج الخلية الهيدروجينية.

الإكتشاف الثوري الذي جاء مصادفةً

قام فريق من علماء البيولوجيا في جامعة ميسوري (Missouri) للعلوم والتكنولوجيا بقيادة الدكتورة ميلاني مورميلي  (Melanie Mormile) باكتشاف نوع جديد من البكتيريا عن طريق المصادفة أطلقوا عليه اسم  (Halanaerobium hydrogeninformans)، ويستطيع هذا النوع من البكتيريا إنتاج كميات لا بأس بها من غاز الهيدروجين ضمن ظروف معينة طبيعية تعادل الكميات التي تنتجها البكتيريا المعدلة وراثياً.

تم اكتشاف هذه البكتيريا في بحيرة سوب (Soap) في واشنطن، هذه البحيرة ذات الملوحة والقلوية العالية والحرارة المرتفعة مقارنة بغيرها من البحيرات سمحت لهذا النوع من البكتيريا بإنتاج الهيدروجين.

كيف يمكن الاستفادة من هذه البكتيريا؟

تشير التوقعات إلى أن هذا الإكتشاف قد يمثل ثورة في تاريخ إنتاج الوقود الهدروجيني، فهو متواجد بشكل طبيعي ضمن ظروف بيئية “قصوى” كما وصفتها الدكتورة ميلاني، وبتكرار هذه الظروف ضمن المختبرات قد يتمكن العلماء من إنتاجه ودفعه إلى التكاثر بصورة كبيرة وكافية لسد حاجة العالم إلى الوقود الهيدروجيني التي تتزايد عاماً بعد عام، خاصةً أنه غير مكلف نسبياً ولا يعتمد على المحاصيل الغذائية.

وباعتبار أن  الدراسات تشير إلى أن إنتاج الوقود الحيوي الهيدروجيني الجيل الثالث (المتقدم) ذو كفاءة أكبر بعشر مرات من الجيل الحالي أي أنه يحتاج إلى مساحات أصغر من الأرض لإنتاج نفس الكمية من الوقود.

وعند توفر كميات مناسبة من البكتيريا سيزداد الطلب على إنتاج سيارات وطائرات تعمل على الوقود الهيدروجيني مما سيؤثر بشكل إيجابي على مناخ الأرض وسيحد من استمرار التلوث البيئي وقد يشكل نواة لعلاج ظاهرة الاحتباس الحراري.

الجدير بالذكر أن هذه البكتيريا لم تقتصر فوائدها على إنتاج الهيدروجين فحسب، فقد وجد فريق البحث أنها تقوم بإنتاج مركب عضوي يعرف باسم (1,3 propenediol)  والذي يستخدم في المنتجات الصناعية كمانع للتجمد.

مثال على استخدامات الوقود الهيدروجيني

اذا كنت تريد عزيزي القارئ مثالاً فهناك أمثلة كثيرة جداً منها السيارة التي أعلنت عنها BMW في 2007 والتي تعمل على الوقود الهيدروجيني وبتسارع 100 كم/ساعة خلال ستة ثواني .

وختاماً.. لا يسعنا إلّا أن نشير إلى أهمية هذا الاكتشاف الذي جاء مصادفة من دون أي تخطيط مسبق والذي تفوق على سنوات وسنوات من الدراسات والبحوث والكثير من الخبرات في مجال الهندسة الوراثية التي صرفت على تطوير سلاسل مشابهة من هذه البكتيريا .

ترى هل سيتم استغلال هذا الكتشاف جيداً في حل أزمة الطاقة في العالم، هل تتوقع أن ترى سيارات تعمل على الوقود الهيدروجيني تسير في شوارعنا خلال السنوات القريبة المقبلة؟

المصادر

1، 2، 3

اقرأ ايضاً لعمر بركات:

على عكس الدراسات السابقة: شرب الماء بكثرة ليس مفيد وقد يسبب الموت !