هذا الموقع يستخدم ملف تعريف الارتباط Cookie
علوم وتكنولوجيا
نفايات مصانع الورق قد تكون مصدرا للطاقة النظيفة الرخيصة.. تعرف على السر
تُظهر دراسة جديدة، مُحفِّزا مصنوعًا من اللغنين، وهي
مادة نفايات نباتية، تُحسّن بشكل كبير خطوة أساسية في التحليل الكهربائي للماء،
بحسب تقرير في موقع "سايتك ديلي".
وقدّم باحثون نوعا جديدًا من المُحفِّزات المصنوعة من نفايات نباتية مُتجددة، والتي يُمكن أن تُسرّع إنتاج الهيدروجين النظيف بشكل كبير، وتُنتَج هذه المادة عن طريق تضمين جسيمات نانوية من أكسيد النيكل وأكسيد الحديد داخل ألياف الكربون المُشتقة من اللغنين، حيث يُحسّن هذا التصميم كفاءة واستقرار تفاعل إطلاق الأكسجين، وهو خطوةٌ أساسيةٌ في التحليل الكهربائي للماء.
ووفقا للدراسة المنشورة في مجلة Biochar X، يعمل المُحفِّز بجهد زائد منخفض يبلغ 250 مللي فولت عند 10 مللي أمبير/سم²، ويستمر في العمل بكفاءة لأكثر من 50 ساعة عند كثافة تيار عالية، وتشير هذه النتائج إلى خيار عملي وبأسعار معقولة يمكن أن يحل محل محفزات المعادن الثمينة المستخدمة عادة في فصل الماء على مستويات صناعية.
الباحثة يانلين تشين، من جامعة قوانغدونغ للتكنولوجيا، صرحت قائلة: "يُعد تطور الأكسجين أحد أكبر العوائق أمام إنتاج الهيدروجين بكفاءة، يُظهر عملنا أن المحفز المصنوع من اللغنين، وهو منتج ثانوي منخفض القيمة من صناعات الورق ومصافي الوقود الحيوي، يمكن أن يوفر نشاطًا عاليا ومتانة استثنائية. وهذا يوفر مسارًا أكثر مراعاة للبيئة وأكثر اقتصادًا لتوليد الهيدروجين على نطاق واسع".
المزايا الهيكلية لمحفز NiO/Fe3O4@LCFs
يُعد اللغنين أحد أكثر البوليمرات الحيوية وفرة على كوكب الأرض، ومع ذلك، غالبا ما يُحرق للحصول على حرارة منخفضة بدلا من استخدامه في تطبيقات ذات قيمة أعلى. في هذه الدراسة، حوّل الباحثون نفايات اللغنين إلى ألياف كربون من خلال الغزل الكهربائي والمعالجة الحرارية.
يساعد الإطار الموصل الناتج، على تثبيت وحماية جزيئات أكسيد المعدن النشط، والتي تحتوي المادة النهائية، المعروفة باسم NiO/Fe3O4@LCFs، على شبكة من ألياف الكربون المُشبعة بالنيتروجين، مما يُحسّن نقل الشحنة، ويزيد من مساحة السطح، ويوفر استقرارًا ميكانيكيًا قويا.
وكشفت المجهرية عالية الدقة أن أكاسيد النيكل والحديد تُشكلان وصلة غير متجانسة نانوية داخل شبكة ألياف الكربون، تلعب هذه الواجهة دورا حاسمًا في تسريع انطلاق الأكسجين من خلال تعزيز الامتزاج المتوازن وإطلاق المواد الوسيطة للتفاعل، ويُعزز دمج أكاسيد المعادن مع دعامة الكربون الموصلة نقل الإلكترونات ويُثبط تكتل الجسيمات، وهما قيدان شائعان في محفزات المعادن الأساسية التقليدية.
الأداء الكهروكيميائي والرؤى الميكانيكية
أكدت الاختبارات الكهروكيميائية أن المحفز يتفوق في الأداء على الإصدارات أحادية المعدن، خاصة عند كثافات التيار العالية اللازمة للتحليل الكهربائي العملي للماء، كما تُظهر المادة ميل خط تافل البياني يبلغ 138 مللي فولت فقط لكل عقد كهربائي، مما يُشير إلى حركية أسرع، تدعم قياسات رامان الموضعية وحسابات نظرية الكثافة الوظيفية الآلية المقترحة، وتكشف أن الواجهة المُهندسة تُسهّل خطوات رئيسية في مسار تطور الأكسجين.
الباحث المشارك شيويه تشينغ كيو، صرح قائلًا: "كان هدفنا تطوير مُحفِّز لا يتميز بالأداء الجيد فحسب، بل يكون أيضا قابلا للتطوير ومُتجذرا في المواد المستدامة، ونظرا لإنتاج اللغنين بكميات هائلة حول العالم، فإن هذا النهج يُتيح مسارًا واقعيا نحو تقنيات إنتاج هيدروجين على مستوى صناعي أكثر مراعاة للبيئة".
تُسلِّط الدراسة الضوء على الإمكانات المتنامية للمواد المُشتقة من الكتلة الحيوية في أنظمة تحويل الطاقة، ومن خلال الجمع بين دعائم الكربون المُتجددة والهندسة الرشيدة لواجهات أكاسيد المعادن، يتماشى هذا النهج مع الجهود العالمية لتطوير حلول منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة للطاقة النظيفة، ويعتقد الباحثون أنه يُمكن توسيع نطاق هذه الاستراتيجية لتشمل تركيبات معدنية أخرى وعمليات تحفيزية، مما يفتح آفاقا جديدة لتصميم الجيل التالي من المُحفِّزات الكهربائية من الموارد الطبيعية الوفيرة.
Paper Mill Trash Could Be the Secret to Cheap Clean Energy https://t.co/5BOdmc2hKH pic.twitter.com/BnAPIcAOOm— Chemistry News (@ChemistryNews) December 3, 2025
وقدّم باحثون نوعا جديدًا من المُحفِّزات المصنوعة من نفايات نباتية مُتجددة، والتي يُمكن أن تُسرّع إنتاج الهيدروجين النظيف بشكل كبير، وتُنتَج هذه المادة عن طريق تضمين جسيمات نانوية من أكسيد النيكل وأكسيد الحديد داخل ألياف الكربون المُشتقة من اللغنين، حيث يُحسّن هذا التصميم كفاءة واستقرار تفاعل إطلاق الأكسجين، وهو خطوةٌ أساسيةٌ في التحليل الكهربائي للماء.
اظهار أخبار متعلقة
ووفقا للدراسة المنشورة في مجلة Biochar X، يعمل المُحفِّز بجهد زائد منخفض يبلغ 250 مللي فولت عند 10 مللي أمبير/سم²، ويستمر في العمل بكفاءة لأكثر من 50 ساعة عند كثافة تيار عالية، وتشير هذه النتائج إلى خيار عملي وبأسعار معقولة يمكن أن يحل محل محفزات المعادن الثمينة المستخدمة عادة في فصل الماء على مستويات صناعية.
الباحثة يانلين تشين، من جامعة قوانغدونغ للتكنولوجيا، صرحت قائلة: "يُعد تطور الأكسجين أحد أكبر العوائق أمام إنتاج الهيدروجين بكفاءة، يُظهر عملنا أن المحفز المصنوع من اللغنين، وهو منتج ثانوي منخفض القيمة من صناعات الورق ومصافي الوقود الحيوي، يمكن أن يوفر نشاطًا عاليا ومتانة استثنائية. وهذا يوفر مسارًا أكثر مراعاة للبيئة وأكثر اقتصادًا لتوليد الهيدروجين على نطاق واسع".
المزايا الهيكلية لمحفز NiO/Fe3O4@LCFs
يُعد اللغنين أحد أكثر البوليمرات الحيوية وفرة على كوكب الأرض، ومع ذلك، غالبا ما يُحرق للحصول على حرارة منخفضة بدلا من استخدامه في تطبيقات ذات قيمة أعلى. في هذه الدراسة، حوّل الباحثون نفايات اللغنين إلى ألياف كربون من خلال الغزل الكهربائي والمعالجة الحرارية.
يساعد الإطار الموصل الناتج، على تثبيت وحماية جزيئات أكسيد المعدن النشط، والتي تحتوي المادة النهائية، المعروفة باسم NiO/Fe3O4@LCFs، على شبكة من ألياف الكربون المُشبعة بالنيتروجين، مما يُحسّن نقل الشحنة، ويزيد من مساحة السطح، ويوفر استقرارًا ميكانيكيًا قويا.
وكشفت المجهرية عالية الدقة أن أكاسيد النيكل والحديد تُشكلان وصلة غير متجانسة نانوية داخل شبكة ألياف الكربون، تلعب هذه الواجهة دورا حاسمًا في تسريع انطلاق الأكسجين من خلال تعزيز الامتزاج المتوازن وإطلاق المواد الوسيطة للتفاعل، ويُعزز دمج أكاسيد المعادن مع دعامة الكربون الموصلة نقل الإلكترونات ويُثبط تكتل الجسيمات، وهما قيدان شائعان في محفزات المعادن الأساسية التقليدية.
الأداء الكهروكيميائي والرؤى الميكانيكية
أكدت الاختبارات الكهروكيميائية أن المحفز يتفوق في الأداء على الإصدارات أحادية المعدن، خاصة عند كثافات التيار العالية اللازمة للتحليل الكهربائي العملي للماء، كما تُظهر المادة ميل خط تافل البياني يبلغ 138 مللي فولت فقط لكل عقد كهربائي، مما يُشير إلى حركية أسرع، تدعم قياسات رامان الموضعية وحسابات نظرية الكثافة الوظيفية الآلية المقترحة، وتكشف أن الواجهة المُهندسة تُسهّل خطوات رئيسية في مسار تطور الأكسجين.
الباحث المشارك شيويه تشينغ كيو، صرح قائلًا: "كان هدفنا تطوير مُحفِّز لا يتميز بالأداء الجيد فحسب، بل يكون أيضا قابلا للتطوير ومُتجذرا في المواد المستدامة، ونظرا لإنتاج اللغنين بكميات هائلة حول العالم، فإن هذا النهج يُتيح مسارًا واقعيا نحو تقنيات إنتاج هيدروجين على مستوى صناعي أكثر مراعاة للبيئة".
اظهار أخبار متعلقة
تُسلِّط الدراسة الضوء على الإمكانات المتنامية للمواد المُشتقة من الكتلة الحيوية في أنظمة تحويل الطاقة، ومن خلال الجمع بين دعائم الكربون المُتجددة والهندسة الرشيدة لواجهات أكاسيد المعادن، يتماشى هذا النهج مع الجهود العالمية لتطوير حلول منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة للطاقة النظيفة، ويعتقد الباحثون أنه يُمكن توسيع نطاق هذه الاستراتيجية لتشمل تركيبات معدنية أخرى وعمليات تحفيزية، مما يفتح آفاقا جديدة لتصميم الجيل التالي من المُحفِّزات الكهربائية من الموارد الطبيعية الوفيرة.