وقود الشمس: تقنية ناشئة قد تغيّر مستقبل الطاقة

وقود الشمس: تقنية ناشئة قد تغيّر مستقبل الطاقة

بقلم الدكتور / مازن إسماعيل محمد 

في ظل التحديات المتزايدة التي يفرضها تغير المناخ والحاجة الملحة إلى مصادر طاقة نظيفة، تبرز تقنيات التمثيل الضوئي الاصطناعي كأحد الحلول الواعدة لإنتاج وقود مستدام باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء وضوء الشمس فقط. في ورقة علمية حديثة نُشرت في مجلة Chemical Science تحت عنوان “Artificial photosynthetic processes using carbon dioxide, water and sunlight: can they power a sustainable future?”، قدّم الباحثان Qian Wang وChanon Pornrungroj تحليلاً تقنياً واقتصادياً شاملاً لهذه التقنية، مستعرضين إمكاناتها وتحدياتها في سياق الانتقال العالمي نحو اقتصاد منخفض الكربون.

تركز الدراسة على ثلاث فئات رئيسية من الأنظمة: الأنظمة الكهروضوئية-الكهروكيميائية (PV-EC)، والأنظمة الضوئية-الكهروكيميائية (PEC)، والأنظمة الضوئية-الضوئية (photocatalytic systems). تسعى هذه الأنظمة إلى محاكاة التمثيل الضوئي الطبيعي، ولكن بكفاءة أعلى وتحكم أكبر في المنتجات النهائية. في حين أن الكفاءة الشمسية إلى الوقود (STF) في الأنظمة الحالية تتراوح بين 1–10%، تشير الدراسة إلى أن الوصول إلى كفاءة تتجاوز 10% يُعد شرطًا أساسيًا لتحقيق الجدوى التجارية. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات تقنية كبيرة، من أبرزها استقرار المواد الضوئية على المدى الطويل، وانتقائية التفاعلات الكيميائية، وصعوبة تكامل المكونات في وحدات عملية قابلة للتوسيع.

من الناحية الاقتصادية، توضح الورقة أن تكلفة إنتاج الوقود عبر التمثيل الضوئي الاصطناعي لا تزال مرتفعة، إذ تتراوح بين ضعفين إلى عشرة أضعاف تكلفة الوقود التقليدي. تعود هذه التكلفة المرتفعة إلى عوامل عدة، منها استخدام محفزات نانوية باهظة الثمنظمة، والحاجة إلى ضوء شمسي مركز أو أنظمة تتبع شمسية. ومع ذلك، ترى الدراسة أن هناك فرصًا واعدة لتقليل التكاليف، خاصة إذا ما تم استخدام CO₂ من مصادر صناعية كثيفة الانبعاثات، إلى جانب دعم السياسات البيئية مثل تسعير الكربون وتحفيز الابتكار في المواد.

تُبرز الورقة أيضًا الأثر البيئي الإيجابي لهذه التقنية، إذ تتيح تحويل CO₂ إلى وقود، مما يساهم في تقليل الانبعاثات الصافية وتعزيز الاعتماد على مصادر متجددة مثل ضوء الشمس والماء. كما يمكن دمج هذه التقنية ضمن منظومة الاقتصاد الدائري من خلال تقنيات احتجاز الكربون وإعادة استخدامه (CCU)، مما يعزز من استدامتها على المدى الطويل.

في ختام الدراسة، يؤكد الباحثان أن التمثيل الضوئي الاصطناعي لا يزال في مراحله التجريبية، لكنه يحمل وعودًا كبيرة في حال تم تجاوز العوائق التقنية والاقتصادية. ويشددان على أهمية تحسين الكفاءة، وتطوير مواد منخفضة التكلفة وأكثر استدامة، إلى جانب توفير دعم حكومي وتشريعي لتسريع تبني هذه التقنية. الورقة تمثل دعوة واضحة لتكثيف الجهود البحثية والتكامل بين العلوم والهندسة والسياسات العامة من أجل تسخير ضوء الشمس في إنتاج وقود نظيف يساهم في بناء مستقبل مستدام.

وقود الشمس: تقنية ناشئة قد تغيّر مستقبل الطاقة