وتستخدم التقنية مبادئ التمثيل الضوئي، لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء وضوء الشمس إلى وقود متعدد الكربون، مثل الإيثانول والبروبانول.
والتمثيل الضوئي هو عملية طبيعية، تسمح للنباتات والطحالب وبعض البكتيريا بتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء وأشعة الشمس إلى مركبات عضوية، تعمل بمثابة لبنة لبناء الكربوهيدرات والوقود الأخرى.
وفي حين أن الإيثانول والبروبانول ليسا نتاجاً مباشراً لعملية التمثيل الضوئي، إلا أنه يمكن اشتقاقهما من المركبات العضوية التي تنتج من خلال هذه العملية.
وبحسب الدراسة المنشورة في دورية “نيتشر إينرجي”، فإن الطريقة الجديدة التي ابتكرها الباحثون تجعل تلك العملية تتم “في خطوة واحدة”.
وتتميز هذه الأنواع من الوقود بكثافة طاقة عالية ويمكن تخزينها أو نقلها بسهولة.
ونجح الفريق في تطوير الوقود المستدام الخالي من الكربون والمستوحى من عملية التمثيل الضوئي باستخدام “أوراق اصطناعية”.
وعلى عكس الوقود الأحفوري، فإن هذه الأنواع من الوقود الشمسي تنتج انبعاثات كربونية صافية صفرية ومتجددة تماماً، وعلى عكس معظم الإيثانول الحيوي، فإنها لا تحول أي أرض زراعية بعيداً عن إنتاج الغذاء.
خفض الانبعاثات
ويمكن أن تساعد هذه التكنولوجيا في التخفيف من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، ومكافحة تغير المناخ، فعندما يحترق الوقود في محرك السيارة، فإنه يطلق ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى في الغلاف الجوي.
ومع ذلك، نظراً لأن ثاني أكسيد الكربون المستخدم في إنتاج الوقود تم التقاطه في الأصل من الغلاف الجوي أثناء عملية التحويل، فإن صافي انبعاثات الكربون ستكون صفرية.
في حين أن التكنولوجيا لا تزال على نطاق المختبر، يقول الباحثون إن “أوراقهم الاصطناعية” هي خطوة مهمة في الانتقال بعيداً عن الاقتصاد المعتمد على الوقود الأحفوري.
ويُعتبر الإيثانول الحيوي بديلاً أنظف للبنزين، إذ إنه مشتق من النباتات بدلاً من الوقود الأحفوري.
وفي بريطانيا، تعمل معظم السيارات والشاحنات الموجودة على الطريق اليوم بالبنزين الذي يحتوي على ما يصل إلى 10٪ من الإيثانول (وقود E10).
وتُعد الولايات المتحدة أكبر منتج للإيثانول الحيوي في العالم، فوفقاً لوزارة الزراعة الأمريكية، يتم استخدام ما يقرب من 45٪ من جميع الذرة المزروعة في الولايات المتحدة لإنتاج الإيثانول.
تقنية “مثيرة للجدل”
وقال المؤلف الرئيسي للبحث إروين ريزنر، إن الوقود الحيوي “تقنية مثيرة للجدل” بسبب استهلاك الأراضي الزراعية التي يُمكن استخدامها في زراعة الغذاء بدلاً من إنتاج الوقود.
ويُمكن للورقة الاصطناعية، أن تنتج مباشرة إيثانول وبروبانول نظيفين دون الحاجة إلى خطوة وسيطة لإنتاج غاز التخليق.
في إطار الدراسة، طوّر الباحثون محفزاً قائماً على النحاس والبلاديوم للسماح للورقة الاصطناعية بإنتاج مواد كيميائية أكثر تعقيداً، وتحديداً الكحولات متعددة الكربونات، والإيثانول، والبروبانول.
وكان علماء آخرون قد تمكنوا من إنتاج مواد كيميائية مماثلة باستخدام الطاقة الكهربائية، ولكن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إنتاج مثل هذه المواد الكيميائية المعقدة بورقة اصطناعية باستخدام الطاقة من الشمس فقط.
ويقول الباحثون إنه يمكن استخدام الوقود المستخرج، الذي له خصائص مشابهة للوقود التقليدي، في المركبات الحالية دون تعديلات كبيرة. كما يلغي الوقود الجديد الحاجة إلى ترقيات البنية التحتية المكلفة أو إدخال تقنيات جديدة للمركبات، ما يسهل الانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة.
وحال استخدامه على نطاق وسع، يُمكن أن يوفر الوقود الجديد أمن واستقلالية الطاقة، فتطوير تقنية تعمل بالطاقة الشمسية لإنتاج الوقود يقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري المستورد.
ويمكن للبلدان أن تصبح أكثر استقلالية في مجال الطاقة من خلال استخدام مواردها الشمسية الوفيرة لإنتاج الوقود محلياً، وبالتالي تعزيز أمن الطاقة.
