كيمياء
التحليل الكهربائي للماء (Water Splitting): الكيمياء الكهربائية وتطبيقات الحفز لإنتاج الهيدروجين الأخضر
يعد التحليل الكهربائي للماء (Electrochemical Water Splitting) الركيزة والعملية الكيميائية الأساسية لإنتاج الهيدروجين الأخضر عالي النقاوة، والذي يمثل وقود المستقبل النظيف والخالي من الكربون؛ وتعتمد العملية على استخدام خلية كهرومغناطيسية لتفكيك جزيئات الماء (H₂O) إلى غازي الهيدروجين والأكسجين باستخدام تيار كهربائي مستمر ومستمد من مصادر طاقة متجددة كالشمس أو الرياح.
وتتكون الخلية الكيميائية من تفاعلين نصفين رئيسيين يحدثان بالتوازي على الأقطاب بوجود الحشوات المغناطيسية والمحاليل؛ تفاعل "تطور الهيدروجين" (HER) على الكاثود حيث يتم اختزال البروتونات لإنتاج الهيدروجين، وتفاعل "تطور الأكسجين" (OER) الأكثر تعقيداً وبطئاً على الأنود حيث تتأكسد جزيئات الماء لإنتاج غاز الأكسجين، ويتطلب تسريع هذه التفاعلات استخدام حوافز كيميائية صلبة لخفض طاقة التنشيط وتجاوز الجهد الزائد (Overpotential).
ويمثل تطوير حوافز كيميائية رخيصة ومستقرة وعالية الكفاءة خالية من المعادن الثمينة (كالبلاتين والإيريديوم المكلفين) التحدي الأبرز لمهندسي الكيمياء المعاصرين؛ حيث يتجه البحث نحو استخدام أكاسيد المعادن الانتقالية (النيكل والكوبالت والحديد) النانوية المسامية لزيادة الكفاءة الكهرومغناطيسية، مما يمهد لتسويق وإنتاج الهيدروجين الأخضر بتكلفة اقتصادية منافسة للوقود الأحفوري وتأمين طاقة خالية من الكربون تماماً.
← العودة للرئيسية
وتتكون الخلية الكيميائية من تفاعلين نصفين رئيسيين يحدثان بالتوازي على الأقطاب بوجود الحشوات المغناطيسية والمحاليل؛ تفاعل "تطور الهيدروجين" (HER) على الكاثود حيث يتم اختزال البروتونات لإنتاج الهيدروجين، وتفاعل "تطور الأكسجين" (OER) الأكثر تعقيداً وبطئاً على الأنود حيث تتأكسد جزيئات الماء لإنتاج غاز الأكسجين، ويتطلب تسريع هذه التفاعلات استخدام حوافز كيميائية صلبة لخفض طاقة التنشيط وتجاوز الجهد الزائد (Overpotential).
ويمثل تطوير حوافز كيميائية رخيصة ومستقرة وعالية الكفاءة خالية من المعادن الثمينة (كالبلاتين والإيريديوم المكلفين) التحدي الأبرز لمهندسي الكيمياء المعاصرين؛ حيث يتجه البحث نحو استخدام أكاسيد المعادن الانتقالية (النيكل والكوبالت والحديد) النانوية المسامية لزيادة الكفاءة الكهرومغناطيسية، مما يمهد لتسويق وإنتاج الهيدروجين الأخضر بتكلفة اقتصادية منافسة للوقود الأحفوري وتأمين طاقة خالية من الكربون تماماً.