جامعة أوساكا متروبوليتان اليابانية تطور نظامًا كهروضوئيًا صناعيًا ذاتي التنظيم لتوليد الوقود الشمسي

أخبار ar.wedoany.com، طور فريق بحثي من جامعة أوساكا متروبوليتان اليابانية نظامًا جديدًا للتمثيل الضوئي الاصطناعي، يحقق إنتاجًا أكثر استقرارًا للوقود الشمسي من خلال دمج مكونات كيميائية ذاتية التنظيم مباشرة في الخلية الإلكتروليتية. لا يعتمد هذا الجهاز على طرق التحكم التي تتطلب بطاريات، مما يلغي الحاجة إلى المكونات عالية التكلفة في الأنظمة التقليدية.

على غرار التمثيل الضوئي الطبيعي، يستخدم التمثيل الضوئي الاصطناعي ضوء الشمس لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى وقود مفيد مثل حمض الفورميك. في هذه العملية، تلعب الخلية الإلكتروليتية دورًا محوريًا، حيث تحول الطاقة الكهربائية المولدة من الخلايا الشمسية إلى طاقة كيميائية تُخزن على شكل حمض الفورميك.

لضمان كفاءة تحويل الطاقة في ظل ظروف الإضاءة المتغيرة، تعتمد العديد من الأنظمة الحالية على طريقة التحكم بتتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT)، التي تعمل على ضبط الجهد والتيار باستمرار لتعظيم خرج الطاقة من الخلايا الشمسية. لكن أنظمة MPPT تحتاج عادةً إلى بطاريات أو أجهزة إلكترونية إضافية لتثبيت تدفق الطاقة، مما يرفع التكلفة الإجمالية والتعقيد.

قاد الفريق، بقيادة الأستاذ المشارك ياسو ماتسوبارا والأستاذ يوتاكا أوماو من مركز أبحاث التمثيل الضوئي الاصطناعي بجامعة أوساكا متروبوليتان، بالتعاون مع شركة إيدا جروب هولدينغز المحدودة (Iida Group Holdings Co., Ltd)، عملية إعادة تصميم هيكل النظام، حيث دمجوا إلكتروليتًا صلبًا خاصًا داخل الخلية الإلكتروليتية. في النظام الجديد، يمكن للخلية الإلكتروليتية نفسها أداء وظيفة MPPT تلقائيًا دون الحاجة إلى بطارية خارجية.

على عكس الحلول التقليدية التي تعتمد على أجهزة إلكترونية خارجية وبطاريات ومحولات للحفاظ على التشغيل الفعال، تنظم هذه الخلية الإلكتروليتية سلوكها الكهربائي ذاتيًا من خلال خصائصها الحرارية والممانعة. يشرح الأستاذ أوماو أنه عندما تزداد شدة ضوء الشمس، ترتفع درجة حرارة الخلية الإلكتروليتية بشكل طبيعي، وقد صُمم النظام بحيث يؤدي هذا الارتفاع في درجة الحرارة إلى انخفاض المقاومة، مما يسمح بتدفق التيار بحرية أكبر، وبالتالي تحقيق ضبط تلقائي للسلوك الكهربائي.

تساعد آلية التنظيم الذاتي هذه على إنتاج الوقود بشكل أكثر استقرارًا على مدار اليوم، مع تقليل اعتماد النظام على البطاريات والمكونات الخارجية باهظة الثمن. اختبر الفريق جهازًا يتضمن هذه التقنية تحت ظروف ضوء الشمس الحقيقي، وتمكن من إنتاج حمض الفورميك بشكل مستقر من الماء وثاني أكسيد الكربون حتى مع تقلبات شدة الإضاءة.

أشار الأستاذ ماتسوبارا إلى أن الفريق البحثي عرض هذه النتائج سابقًا في "جناح إيدا جروب × جامعة أوساكا متروبوليتان المشترك" ضمن معرض إكسبو 2025 أوساكا-كانساي. أنتج النظام بنجاح كمية كافية من حمض الفورميك لتشغيل مجسم مصغر داخل الجناح، مما أظهر إمكاناته كنظام فعال للتمثيل الضوئي الاصطناعي، ومن المتوقع استخدامه مستقبلًا لشحن الأجهزة في المنازل. نُشرت الدراسة في مجلة EES Solar.

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com