عالم مصري ساهم في التوصل لاختراع جديد يوجه نداء للعرب ومصر من أمريكا عبر RT

اكتشف عالم مصري بقيادة فريق بحثي دولي من جامعة دريكسل الأمريكية بالمشاركة مع المعهد الوطني لفيزياء المواد في بوخارست برومانيا مادة جديدة لإنتاج الهيدروجين الأخضر.

وأجرت RT حوارا مع الدكتور حسين بدر الباحث الأول في الدراسة والباحث في هندسة وعلوم النانو وأحد أعضاء مجموعة برسوم في جامعة دريكسل، والذي أكد أن الهيدروجين وقود خال من الانبعاثات الحرارية، المسبب الرئيسي للتغيرات المناخية والاحترار العالمي مثل الفحم والبترول، ولذلك فإن إنتاج الهيدروجين من الماء باستخدام ضوء الشمس كمصدر للطاقة المتجددة هو البديل الأكثر استدامة وصداقة للبيئة.

وأوضح الدكتور حسين بدر أن مادة نانوية أحادية الأبعاد من أكسيد التيتانيوم، تستخدم في إنتاج الهيدروجين الأخضر، مشيرا إلى أن المحفزات الضوئية مواد تساعد على إتمام التفاعل الضوئي عن طريق امتصاص الفوتونات الضوئية، حيث أن تركيبها الفيزيائي يشمل ما يسمى بنطاق التكافؤ الذي يحتوي على إلكترونات ذات مستوى طاقة منخفض، بالإضافة إلى نطاق التوصيل الذي يحتوي على إلكترونات ذات مستوى طاقة أعلى، ويشار إلى فرق الطاقة بين هذين المستويين بفجوة نطاق الطاقة، وهو المقدار الذي يحدد فعالية المادة كعامل حفز ضوئي، مشيرا إلى أنه عندما يمتص العامل المحفز مقدارا كافيا من الطاقة اللازمة تساوي أو تزيد على فجوة نطاق الطاقة يقفز الإلكترون من مستوى نطاق التكافؤ الأدنى إلى مستوى التوصيل الأعلى تاركا فجوة موجبة الشحنة في نطاق التكافؤ.

وأضاف أن الإلكترون ذا الشحنة السالبة والفجوة ذات الشحنة الموجبة يشكلان طرفي الدائرة الكهربائية على سطح المادة المحفزة، وهذا ما يحدث تماما أثناء عملية فصل الهيدروجين والأكسجين من الماء، إذ تلعب الإلكترونات دورا في اختزال الماء إلى غاز الهيدروجين، فيما تقوم الفجوات الموجبة بأكسدته إلى غاز الأكسجين.

وأضاف الدكتور حسين بدر في حواره مع RT، أن حجم فجوة نطاق الطاقة يحدد أيضا أي الأطوال الموجية للضوء قادرة على إثارة الإلكترونات لبدء هذه التفاعلات، وتتطلب المحفزات الضوئية ذات فجوات نطاق الطاقة الأصغر فوتونات طاقة أقل حتى تتمكن من امتصاص المزيد من طيف الضوء المرئي، وهذا هو مفتاح التحويل الفعال للطاقة الشمسية.

التوصل للاختراع الجديد

وكشف أنه والفريق البحثي نجحوا في التوصل إلى هذا الأمر عن طريق معالجة أكسيد التيتانيوم كيميائيا لتوسيع نطاق امتصاص الضوء، وأسفرت التجارب عن المحفز الضوئي القائم على أكسيد التيتانيوم والقادر على توليد الهيدروجين بكفاءة 10 أضعاف مقارنة بنظيره التجاري.

وذكر أن ثاني أكسيد التيتانيوم "تي آي أو 2" يعد إحدى أكثر المواد الواعدة للتحفيز الضوئي، وهو مادة اقتصادية ووفيرة تستخدم على نطاق واسع في الدهانات ومستحضرات التجميل والخلايا الشمسية، ويمتص ثاني أكسيد التيتانيوم الضوء فوق البنفسجي ويولد الإلكترونات والفجوات الموجبة التي تتفاعل مع الماء لإنتاج الهيدروجين والأكسجين.

وأوضح بدرأن الاكتشاف الأكثر أهمية هو أن "المواد ظلت نشطة في إنتاج الهيدروجين لمدة تصل إلى 300 ساعة تحت ضوء الشمس، وهذا ما يبشر بالكثير من التطبيقات الواعدة"، وأكد بما لا يدع مجالا للشك على أن "المواد مستقرة وقادرة على التحفيز الضوئي في خلائط الميثانول المائي لفترات طويلة".وأوضح أن صناعة الهيدروجين هي صناعة بمليارات الدولارات، وهناك عدد كبير من الشركات مثل شركات الغاز والبترول تعمل في هذا المجال، ومن أكبر المستثمرين به، لذلك التغيير في الأمر ليس بالسهل ولا البسيط ، لأن محطات الانتاج كبيرة جدا.

وكشف أن الاختبارات العلمية للتحول إلى التنفيذ انتهت بنجاح، مشيرا إلى أن التجارب انتهت، ولكن الانتقال من المعمل إلى المصنع تحتاج مزيد من الوقت، خاصة وأنها تجربة جديدة وتحتاج العديد من الدراسات للمصنع المسؤول عن الانتاج ، من حيث حجم الانتاج والتخزين والمبيعات.

وأشار إلى أنه من الضروري أن يعلم الشخص العادي أن هناك خطوة بين العلم والصناعة، حيث أن العلم يصل إلى نتائج كبيرة جدا، والتطبيق في الصناعة يحتاج وقت طويل حتى يتحرك، مشددا أن الموضوع تخطى مرحلة التجارب للتصنيع، ودخل مرحلة التنفيذ.

وأضاف أنه حصل على العديد من الجوائز في مجالات البحث العلمي، مشيرا إلى أن الشخص يجب أن يعمل بإخلاص من أجل أن ينتج شيء ينفع البشرية في مجالات متعددة.

نداء للعرب والمصريين

وكشف الدكتور حسين بدر أنه يعمل حاليا مع أكثر من 20 جامعة على مستوى العالم معظمهم في أوروبا واليابان وأمريكا، معربا عن أمله في أن يعمل مع جامعة مصرية أو عربية أو أفريقية لنقل هذا العلم لهم، من أجل أن يكون هناك جيل من الدارسين لاستكمال الأبحاث والمسيرة.

وأكد أنه يجب التوعية بأهمية الهيدروجين الأخضر، حيث أن عددا كبيرا لا يعلم شيئا عن الهيدروجين الأخضر، خاصة وأنه أصبح مستخدما على نطاق واسع في العديد من الدول على مستوى العالم، مشيرا إلى أن هناك 12 ألف سيارة تعمل بالهيدروجين الأخضر في ولاية كاليفورنيا الأمريكية.

وشدد على أن الاحتباس الحراري يتزايد بشكل سنوي، لذلك فالتحول من الطاقة الناتجة عن البترول والفحم للطاقة الخضراء والطاقة الشمسية ، وهو أمر ضروري وحتمي حدوثه.

وأوضح أن هناك العديد من دول العالم تعاني من أزمة الطاقة الكهرباء، مشيرا إلى أن البنزين والبترول في الولايات المتحدة الأمريكية شهد زيادة ملحوظة، حيث أن الموارد على مستوى العالم تشهد انخفاضا وبالتالي ترتفع الأسعار، مشيرا إلى أن العمل حاليا على أن يكون الهيدروجين الأخضر أرخص من البترول وبالتالي يشهد إقبالا من قبل المواطنين في كافة أنحاء العالم.

وكشف أنه والفريق البحثي اخترعوا مجموعة من "المواد لم تكن موجودة قبل ذلك"، مشيرا إلى أن "واحدة من هذه العائلة وهو "التيتانيوم" يعمل جيد جدا في انتاج الهيدروجين الأخضر، وتطبيقات أخرى ستظهر للنور قريبا".

وأوضح الدكتور حسين بدر أنه خلال شهر سبتمبر المقبل سيكون هناك مؤتمر علمي كبير سيشارك الفريق البحثي الذي يعمل معه فيه، وسيجمع كل العاملين في هذا المجال سواء بالصناعة أو البحث، مشيرا إلى أن اختراع "عائلة من المواد" ليس بالأمر البسيط، ولكنها طفرة تحدث مرة كل عشر سنوات، ويعمل عليها أبحاث عديدة من قبل الأجيال للتوسع في استخداماتها .