أبوظبي - مينا هيرالد: كشف اليوم معهد مصدر للعلوم والتكنولوجيا، عن تطوير تقنية تعزز أداء أجهزة التقاط أشعة الشمس ومرشحة للعب دور في رفع كفاءة تقنيات الطاقة الشمسية الحرارية. ويندرج معهد مصدر ضمن جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا.
وتضم التقنية الجديدة، الذي جرى تطويرها بالتعاون مع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، طبقة فائقة النحافة من طبقة نانوية مصنوعة من الفضة والسيليكا تعلوها جزيئات نانوية من الفضة، وبمقدورها التقاط 100% تقريباً من طاقة أشعة الشمس من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة المرئية من الطيف الشمسي. ويمكن أن تسهم هذه التقنية المبتكرة في تعزيز كفاءة تطبيقات الطاقة الحرارية الشمسية وخفض تكلفتها، مثل المحطات الضخمة لتوليد الكهرباء اعتماداً على الطاقة الشمسية.
وقال الدكتور ستيف غريفيث، نائب الرئيس التنفيذي للأبحاث بالإنابة في جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا: "يعكس التوصل إلى تقنية مبتكرة في إطار هذا المشروع البحثي المشترك التزام معهد مصدر بتقديم ابتكارات تساعد الإمارات في تحقيق أهدافها الخاصة بتنويع مصادر الطاقة عبر توفير حلول مستدامة تساهم في تطوير قطاع الطاقة. كما يُظهر المشروع سعي المعهد لتحقيق التفوق العلمي والبحثي، والذي يفضي بدوره إلى تنمية رأس المال البشري والفكري اللازم لتحقيق تحول الدولة نحو اقتصاد المعرفة."
وقد تم نشر نشر ورقة علمية حول هذه التقنية المتطورة في مجلة "المواد البصرية المتقدمة". وضم الفريق البحثي من معهد مصدر كل من البروفسور تاي جون زانغ من قسم الهندسة الميكانيكية وهندسة المواد، والباحثين في دراسات ما بعد د. جين يو لو ود. أيكيفا رظا، وطلبة الماجستير الإماراتيتين عفراء الكتبي، سمية نور الله؛ ومن معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا البروفسور جانغ شن والبروفسور نيكولاس اكس فانغ من قسم الهندسة الميكانيكية.
يذكر أن دولة الإمارات تسعى للاعتماد على التقنيات الشمسية، بما في ذلك الطاقة الشمسية الحرارية، لتحقيق أهدافها في مجال الاستدامة التي تتضمن إنتاج 44% من طاقتها الكهربائية من مصادر متجددة بحلول عام 2050.
وأوضح الدكتور شين أن هذه التقنية الجديدة مخصصة للمناطق الحارة والجافة مثل إمارة أبوظبي، مع إمكانية استخدامها في مجالات معالجة المياه العادمة، وتحلية مياه البحر، وتوليد الكهرباء.
وتجدر الإشارة إلى أن الطاقة الشمسية المركزة، التي تعد أحد أنواع الطاقة الشمسية، من التقنيات المستخدمة في توليد الكهرباء، حيث يجري من خلال تركيز أشعة الشمس لتسخين سائل، مثل الماء أو الزيت، مخصص لإنتاج البخار اللازم لتوليد الكهرباء. وكلما ارتفعت درجة حرارة السائل، ارتفعت معه درجة حرارة البخار لتتعزز بذلك كفاءة توليد الكهرباء. ولرفع درجة حرارة السائل، تم تطوير طبقات مغلفة تتوافق مع الأطياف الضوئية بحيث تمكن أجهزة التقاط الأشعة الشمسية من التقاط أكبر قدر من ضوء الشمس وفقدان أقل قدر من الطاقة على شكل أشعة تحت حمراء حرارية.
وقد استخدم الفريق البحثي أجهزة مجهرية متطورة للتوصل إلى التصميم الأولي لتقنية التقاط أشعة الشمس الجديدة، وقد نجحوا في تحقيق اكتشاف مهم فيما يخص البنية النانوية لسطح جهاز التقاط أشعة الشمس.
وقال الدكتور زانغ في هذا الخصوص: "استطعنا بفضل المجاهر الإلكترونية الاطلاع على بنية أجهزة التقاط الشمس ومشاهدة المركبات النانوية ضمنها. فقد ما نظن أن الأجهزة التقليدية تتشكل من تراكم طبقات من مواد مركبة ذات سطوح ملساء، لكننا اكتشفنا أنها تحتوي على جزيئات نانوية دقيقة ضمن كل طبقة وجزيئات نانوية كبيرة على السطح، وأن هذه الجزيئات تسهم في تعزيز كفاءة الجهاز في التقاط أشعة الشمس. وانطلاقاً من ذلك، عمدنا إلى تطوير طبقة من الجزيئات النانوية".
ويتوقع الفريق البحثي المشترك أن يقود هذا الاكتشاف إلى تطوير أجهزة أكثر فعالية في التقاط أشعة الشمس، وبالتالي تسريع وتيرة تطوير نظم أكثر كفاءة وأقل تكلفة في مجال الأشعة الشمسية المركزة على مستوى المنطقة والعالم.
وأضاف الدكتور زانغ: "يهدف هذا المشروع إلى المساهمة في تلبية احتياجات دولة الإمارات من الطاقة الشمسية المركزة. وبفضل منحة "التعاون البحثي بين الجامعات وقطاع الصناعة" التي تقدمها الهيئة الوطنية للبحث العلمي (NFR)، كنا قادرين على العمل بشكل وثيق مع المهندسين في محطة الطاقة الشمسية المركزة بسعة 100 ميغاواط في الإمارات، وعبد العزيز العبيدلي، مدير عام شركة شمس للطاقة، لتحديد بعض المشكلات الرئيسية المرتبطة بإنتاج الطاقة الشمسية، ما ساعدنا في تطوير حلول مناسبة لاحتياجات المنطقة وتسهم في رفع كفاءة نظم الطاقة الشمسية المركزة في الإمارات".
وتشير التقديرات إلى أن قيمة سوق الطاقة الشمسية المركزة ستبلغ نحو 30 مليار دولار في عام 2017، وأن تتجاوز السعة الإجمالية 24 غيغاواط بحلول 2025، أي أكثر بنحو خمسة أضعاف عما هي عليه الآن، ما يعني وجود سوق كبيرة بحاجة للتقنيات المبتكرة مثل هذه التقنية الجديدة التي تعد بخفض تكلفة نظم الطاقة الشمسية المركزة ورفع الكفاءة في إنتاج الطاقة الكهربائية.
