استغلال الطاقة الشمسية في التفاعلات الكيميائية

تتعدد استخدامات الطاقة الشمسية في مجالات حياتنا اليومية، حيث تُعتبر مصدرًا مهمًا للضوء والحرارة المستخدمة في مجموعة متنوعة من التطبيقات. في هذا السياق، نستعرض أهم التفاعلات الكيميائية التي تعتمد على الطاقة الشمسية لتحقيق نتائجها، سواء في الطبيعة أو من خلال الأنشطة البشرية:

ظاهرة البناء الضوئي

تعتبر ظاهرة البناء الضوئي ضرورية لحياة النباتات وبعض الكائنات الحية الأخرى، بما في ذلك الطحالب والبكتيريا. تتطلب هذه العملية تفاعل الماء مع ثاني أكسيد الكربون، حيث يتحول هذا التفاعل بوجود الإشعاع الشمسي إلى طاقة وأكسجين، وذلك بفضل الكلوروفيل الموجود في النباتات.

توليد الطاقة الكهربائية

يمكن توليد الطاقة الكهربائية باستخدام الطاقة الشمسية من خلال الخلايا الكهروضوئية. تعتمد هذه الخلايا على مواد شبه موصلة، مثل السيليكون، القادرة على امتصاص فوتونات الضوء الشمسي. وتؤدي هذه العملية إلى تحرير الإلكترونات من السيليكون، مما يسهم في إنتاج التيار الكهربائي.

إنتاج الهيدروجين الأخضر

يتم إنتاج الهيدروجين الأخضر عبر عملية التحليل الكهربائي للماء باستخدام الطاقة الكهربائية المولدة من مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية، مما يؤدي إلى فصل جزيئات الماء إلى الأكسجين والهيدروجين دون إطلاق الغازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون. يتم تخزين الهيدروجين لاستخدامه في إنتاج الطاقة أو في تفاعلات كيميائية متنوعة.

تحليل أكسيد الزنك

تستخدم الطاقة الشمسية المركزة بواسطة المرايا المقعرة لتحليل أكسيد الزنك إلى الزنك النقي، والذي يمكن استخدامه لاحقًا في إنتاج الهيدروجين من خلال تفاعله مع الماء. بعد ذلك، يتم إنتاج أكسيد الزنك مرة أخرى، مما يسمح بإعادة استخدامه في عمليات متعددة.

تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى طاقة

تتم عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى طاقة من خلال استخدام خلية كهروضوئية كيميائية تتكون من رقائق من أكسيد المعادن. عند تفاعل مركبات ثاني أكسيد التيتانيوم مع الطاقة الشمسية، يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون الناتج عن عمليات الاحتراق وغيرها من الأنشطة، ليتم تحويله إلى غاز الميثان باستخدام هذه التكنولوجيا، ما يوفر مصدراً فعالاً للطاقة.

تخزين الطاقة في الأملاح الذائبة

تُستخدَم الطاقة الشمسية المركزة في تخزين الحرارة ضمن الأملاح الذائبة مثل كلوريد الصوديوم (NaCl) أو كلوريد الكالسيوم (CaCl2). يتم استخدام هذه التقنية في محطات الطاقة الشمسية المركزة، حيث تُجمع الطاقة الشمسية عبر المرايا على وعاء يحتوي على الأملاح الذائبة لاستعمالها لاحقًا لتوليد الطاقة الكهربائية من خلال تسخين الماء باستخدام التوربينات.