توظيف الطاقة الشمسية في العمليات الكيميائية

استغلال الطاقة الشمسية في التفاعلات الكيميائية

تُعد الطاقة الشمسية من المصادر الهامة التي تُستخدم في العديد من المجالات الحيوية التي تؤثر على حياة الإنسان اليومية. حيث يتم الاستفادة من الضوء والحرارة الناتجة عن الشمس في تطبيقات متعددة. فيما يلي نستعرض أبرز التفاعلات الكيميائية التي تستخدم فيها الطاقة الشمسية سواء في الطبيعة أو في الأنشطة البشرية:

عملية التمثيل الضوئي

تُعتبر عملية التمثيل الضوئي أساس الحياة للنباتات وبعض الكائنات الحية الأخرى، مثل الطحالب والبكتيريا. يتم خلال هذه العملية التفاعل بين الماء وثاني أكسيد الكربون بوجود الإشعاع الشمسي، ليتحول إلى طاقة وأكسجين بفضل وجود الكلوروفيل في النباتات.

توليد الطاقة الكهربائية

تُستخدم الطاقة الشمسية في توليد الطاقة الكهربائية من خلال الخلايا الكهروضوئية. تتكون هذه الخلايا من مواد شبه موصلة مثل السيليكون، التي تسهم في امتصاص الفوتونات من الضوء الشمسي، مما يؤدي إلى إطلاق الإلكترونات وتوليد تيار كهربائي.

إنتاج الهيدروجين الأخضر

يتم إنتاج الهيدروجين الأخضر عبر عملية التحليل الكهربائي للماء باستخدام الطاقة الكهربائية الناتجة عن مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية. وبدون إصدار أي غازات دفيئة، يتم فصل جزيئات الماء إلى أكسجين وهيدروجين بوساطة التيار الكهربائي، ليتم تخزين الهيدروجين واستخدامه لاحقاً في إنتاج الطاقة أو في تفاعلات كيميائية متنوعة.

تحليل أكسيد الزنك

تُستخدم الطاقة الشمسية المركزة بواسطة المرايا المنحنية لتحليل أكسيد الزنك إلى الزنك النقي، الذي يمكن استخدامه لاحقاً لإنتاج الهيدروجين عند مزجه بالماء. بعد تفاعل الزنك مع الماء، يُعاد إنتاج أكسيد الزنك ليتم استخدامه مجدداً.

تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى طاقة

تتم عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى طاقة بواسطة خلية كهروضوئية كيميائية تتكون من رقائق أكسيد المعادن. من خلال استخدام مركبات ثاني أكسيد التيتانيوم وبتوفر الطاقة الشمسية، يُمكن التقاط ثاني أكسيد الكربون الناتج عن تفاعلات الاحتراق وتحويله إلى غاز الميثان، الذي يمكن استخدامه كمصدر للطاقة.

تخزين الطاقة في الأملاح الذائبة

تستفيد التقنيات الشمسية المركزة من تخزين الحرارة في الأملاح الذائبة مثل كلوريد الصوديوم (NaCl) أو كلوريد الكالسيوم (CaCl2)، حيث يتم استخدام هذه الطاقة عند الحاجة لإنتاج الطاقة الكهربائية. تُستخدم هذه التكنولوجيا في محطات الطاقة الشمسية المركزة، حيث يتم تركيز الطاقة الشمسية باستخدام المرايا على مُجمِّع يحتوي على الأملاح الذائبة، والتي تُستخدم لتسخين الماء وإنتاج الكهرباء من خلال التوربينات.