ابتكار تقنية ترفع كفاءة استخدام الوقود العضوي
طور باحثون تقنية جديدة قائمة على تصميم قطب أنزيمي يحسن من أداء خلايا الوقود العضوي الهجين، في محاولة لتعزيز الاعتماد عليه والاستغناء عن الوقود الأحفوري لما يتسبب به من انبعاثات للغازات الدفيئة المسببة للاحترار العالمي.
وخلية الوقود الحيوي الأنزيمية نوع من خلايا الوقود التي تستخدم الأنزيمات بمثابة محفز لأكسدة الوقود، بدلا من المعادن الثمينة، وتحظى باهتمام الباحثين لما تحمله من وعود من حيث مكوناتها ووقودها غير المكلف نسبيا، فضلا عن كونها مصدر طاقة محتملا لعمليات الزرع الإلكترونية.
والأقطاب الكهربائية الأنزيمية مفيدة في تطبيقات مختلفة؛ مثل أجهزة الإحساس البيولوجي والأجهزة الكهروكيميائية.
وتمثل خلايا الوقود العضوي (الحيوي) حلا واعدا لتشغيل مجال واسع من الأجهزة البيوكهربائية من خلال تحويل الطاقة البيوكيميائية إلى كهرباء في ظروف بيولوجية معتدلة.
وتزودنا خلايا الوقود العضوي بطاقة منخفضة واستقرار عملي قصير، بسبب ضعف انتقال الكهرباء بين الإنزيمات والأقطاب الكهربائية، ويتعلق هذا الضعف بأداء جميع الحساسات الكهركيميائية ومنها خلايا الوقود العضوي.
ولحل هذه المشكلة ورفع أداء الخلايا، صمم باحثون من كوريا الجنوبية والولايات المتحدة مركبا كيميائيا مزدوج الزمر، ونشروا بحثهم في مجلة أبلايد فيزيكسريفيوز.
وتسمح الطريقة الجديدة بتحفيز تفاعلات مرغوبة بين المسرعات الكهربائية وتحسين الانتقال الكهربائي للأقطاب الكهربائية، وبذلك حصل العلماء على خلايا وقود عضوي هجينة ذات أداء عال، قادرة على توليد طاقة عالية مع استقرار عملي جيد.
وقال الباحث تشونغ هون كوون: "يمكن لتصميمنا الجديد للقطب الكهربائي أن يرفع الانتقال الكهربائي للدرجة العظمى بين الإنزيمات والقطب الكهربائي، وأن يحقق ثباتا عاليا من خلال طبقة إنزيمية نانوية ممتازة"؛ وفقا لموقع سايتك ديلي.
وأشار الباحثون في دراستهم إلى أن التصميم حقق تحولا غير مسبوق في زيادة كتلة الإنزيم الهايدروفيلي والجسيمات النانوية المعدنية، فضلا عن زيادة كفاءة الانتقال الكهربائي وكثافة التيار.
وازدادت قدرة القطب الموجب على نقل الكهرباء من خلال تجميع طبقات عدة من المركبات المزدوجة المكونة من أوكسيدات الغلوكوز والموصلات النانوية الموضوعة على نسيج قطني، أما القطب السالب، فيتكون من البلاتينيوم مع جسيمات نانوية من الذهب المغطى بألياف قطنية لتخفيض تفاعل الأوكسجين.
وذكر الباحثون أن طريقة التجميع توفر قاعدة لصنع أجهزة كهركيميائية عديدة عالية الأداء؛ ومنها خلايا الوقود العضوي.
يذكر أن الوقود العضوي أو الحيوي يمثل بديلا نظيفا عن الوقود الأحفوري، مشتقا من الكتلة الحيوية المتجددة، وبشكل أكثر تحديدا، هو وقود بديل صديق للبيئة وخالٍ من الكبريت وقابل للتحلل بيولوجيا وغير سام.
