الخلايا الحيوية .. فتح في الطاقة الشمسية

|
بالنسبة للمهتمين بحلول التقنيات النظيفة للاحتياجات الإنسانية للطاقة المتجددة تمثل الألواح الشمسية اليوم معجزة تقنية، حيث ارتفعت كفاءة الألواح الشمسية بشكل كبير في السنوات الـ 30 الماضية، بينما انخفضت تكاليفها. ولكن بعضهم يردد، كما يردد الأطفال الراكبون في المقعد الخلفي للسيارة دائما "ألم نصل بعد؟". والجواب على ذلك ــ على الأقل وفقا لكثير من الباحثين ــ لا لم نصل بعد. لأن تقنية الألواح الشمسية لا يزال أمامها طريق طويل يجب عليها قطعه قبل أن تعد بتحقيق الطاقة الوفيرة منخفضة التكلفة لجميع الناس. وتعد الخلايا الشمسية الحيوية تقنية مستقبلية تركز على العملية التي تستخدمها النباتات لاستخراج الطاقة من أشعة الشمس وهي عملية التمثيل الضوئي. وفي حين ترتكز عملية تسخير الطاقة الشمسية أساسا حول تطبيقات الخلايا الكهروضوئية، فإن الخلية الشمسية الحيوية أو الخلية البيولوجية الضوئية توفر خيارات أحدث، حيث إن المواد الخام التي تستخدم فيها هي مواد عضوية متاحة بكل سهولة وبتكلفة أقل. كما تتمتع الخلايا الشمسية الحيوية بمزايا متعددة: - يعد إنتاج هذه الخلايا من حيث المبدأ غير مكلف. - المواد الحيوية المستخدمة ليست نادرة. - يمكن للخلايا إنتاج الوقود السائل مباشرة. - وهناك ميزة إضافية وهي أن هذه الخلايا يمكنها احتباس غاز ثاني أكسيد الكربون. والخلايا الشمسية الحيوية هي عبارة عن أنظمة طبيعية أو أنظمة تقوم على العمليات الطبيعية، التي تستخدم التمثيل الضوئي لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام. ويحدث هذا الأمر بطرق كثيرة، ويركز مشروع الخلايا الشمسية الحيوية على ثلاثة خيارات: 1. زيادة كفاءة التمثيل الضوئي لناتج النباتات: مزيد من الكتلة الحيوية والعوائد الأعلى للمساحة السطحية. 2. الإنتاج المباشر للوقود وتجاوز مرحلة الكتلة الحيوية، حيث يكون الناتج عبارة عن البكتيريا الزرقاء أو الطحالب التي تنتج البوتانول على سبيل المثال. 3. الجمع بين المكونات الطبيعية والتقنية، حيث يكون الناتج عبارة عن "أوراق نباتات اصطناعية" تنتج بكفاءة عالية غاز الهيدروجين أو الغاز المزامن من الطاقة الشمسية. وتستخدم الألواح الشمسية اليوم كميات صغيرة من العناصر المكلفة والسامة مثل الروثينيوم والكادميوم والإنديوم. وعلى الرغم من وفرة السيليكون في الطبيعة إلا أن تحويله إلى شكل يمكن للألواح الشمسية استخدامه لإنتاج الكهرباء يتطلب كثيرا من الطاقة، فضلا عن أن رقائق السيليكون الناتجة تتطلب استخدام أقطاب من الفضة. ولا تتعدى كفاءة أفضل الخلايا الشمسية المتاحة 30 في المائة فقط، وهذا يعني أن 70 في المائة من أشعة الشمس التي تقع عليها تذهب هباء. أما أغلبية الألواح التجارية فتراوح كفاءتها بين 15 في المائة و20 في المائة. هذا ويعتقد الباحثون الرواد في مجال الطاقة الشمسية الحيوية أنهم يمكنهم التوصل لما هو أفضل عن طريق محاكاة عملية التمثيل الضوئي التي تحدث في الطبيعة التي تتميز بنسبة كفاءة تقترب من 100 في المائة. أليس من الرائع أن يتم التوصل لطريقة لدمج تلك العملية فائقة الكفاءة في الأجهزة التي توفر طاقة نظيفة وبأسعار معقولة ومستدامة؟ ويحاول الباحثون إيجاد طرق لاستخراج مراكز البروتين المسؤولة عن التمثيل الضوئي من النباتات والبكتيريا. وإذا تمكنوا من القيام بذلك بكفاءة وبتكلفة منخفضة فقد يكون من الممكن إنتاج عجينة سميكة من المواد الخضراء المخصبة التي يمكن أن تطلى بها ألواح من مواد شفافة مثل مادة "المايلر" لتشكيل خلايا شمسية منخفضة الطاقة لشحن الهواتف المحمولة والمصابيح ثنائية الصمام. ولا يوجد سوى نحو 20 مختبرا في جميع أنحاء العالم يبحثون في هذا الموضوع. وفي العام الماضي تمكن الباحثون في جامعة بينجهامتون في نيويورك من تجميع تسع خلايا شمسية تعمل بالبكتيريا الزرقاء في لوحة شمسية واحدة. وأنتج الجهاز الذي قاموا بإنشائه 5.59 ميكرواط اعتمادا على الخلايا الشمسية الحيوية صغيرة الحجم. وهذا بالطبع لا يعد إنتاجا كبيرا، ولكن أول الغيث قطرة. ويجب أن نتذكر أنه قبل 30 عاما كانت كفاءة الألواح الشمسية أقل من 11 في المائة.
إنشرها