مادة خارقة تحوّل اليوريا الذائبة بالمياه إلى طاقة
تاريخ النشر: 28th, January 2024 GMT
تخيل أن لديك أداة يمكنها انتقاء اليوريا من بين خليط المياه، وليس ذلك فحسب، بل تقوم في الوقت نفسه بتحويلها إلى أحد مصادر الطاقة النظيفة، وهي غاز الهيدروجين.
قد يبدو ذلك بعيدا عن التصور، ولكن فريقا بحثيا من معهد ورسستر للعلوم التطبيقية بأميركا نجح في تحقيق ذلك، فقد أعلن في دراسة نشرتها دورية "جورنال أوف فيزيكال كمستري ليترز"، عن تصميم تلك "المادة الخارقة" التي لا تكتفي بانتقاء اليوريا وحدها من بين خليط المواد الموجودة بالمياه، ولكن جعلت منها قيمة اقتصادية أيضا.
وتُستخدم اليوريا عادة كأسمدة زراعية نيتروجينية منخفضة الكلفة، وتُشكل تحديات بيئية عند وجودها في الجريان السطحي الزراعي ومياه الصرف الصحي البلدية، حيث يساهم تصريفها في حدوث ما يعرف بـ"التخثث" الذي تكون له عواقب سلبية على النظام البيئي.
والتخثث عملية يحدث من خلالها إثراء مجرى مائي بالمواد المغذية مثل النيتروجين، فعندما تدخل هذه المواد إلى الماء، تُحفز نمو الطحالب والنباتات المائية الأخرى التي تتسبب بحدوث "المناطق الميتة" ناقصة الأكسجين، وتؤثر سلبا على النظم البيئية المائية وصحة الإنسان.
ويحدث هذا التأثير السلبي عندما تموت الطحالب والنباتات وتتحلل، فتقوم البكتيريا باستهلاك المادة المتحللة، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الأكسجين في الماء، ويمكن أن يؤدي ذلك إلى انخفاض نسبة هذا العنصر، وفي الحالات القصوى يمكن أن تتشكل "مناطق ميتة" تفتقر إلى وجوده، وهو ما يؤدي إلى الإضرار بالأسماك والكائنات المائية الأخرى التي تعتمد على المياه الغنية بالأكسجين، ويؤدي ذلك إلى تعطيل توازن النظام البيئي المائي، مما يؤثر على وفرة الأنواع المختلفة وتوزيعها، ويمكن أن يؤدي أيضا إلى هيمنة أنواع معينة غالبا ما تكون الطحالب الضارة على حساب أنواع أخرى.
وقبل المحاولة الأخيرة التي قدمها باحثو معهد ورسستر للعلوم التطبيقية بأميركا، استكشفت دراسات سابقة طرقا مختلفة لتقليل أو إزالة اليوريا من المياه، وهي:
المعالجة البيولوجية: وتعتمد على استخدام بعض الكائنات الحية الدقيقة والبكتيريا لتحليل اليوريا بشكل طبيعي عبر العمليات البيولوجية. عمليات الأكسدة المتقدمة: عبر استخدام عمليات كيميائية متقدمة لتحلل أو تأكسد الملوثات في الماء، واستكشاف تقنيات مثل التحفيز الضوئي والأوزون لتحطيم جزيئات اليوريا إلى مكونات أقل ضررا. الامتزاز والترشيح: عبر استخدام مواد يمكنها التقاط وإزالة اليوريا من الماء، مثل الكربون المنشط وأنواع معينة من الأغشية. الطرق الكهروكيميائية: وتتضمن هذه الطرق استخدام الطاقة الكهربائية لتسهيل التفاعلات الكيميائية التي تؤدي إلى تحلل اليوريا. الترسيب الكيميائي: ويتضمن إضافة مواد كيميائية محددة إلى الماء للحث على تكوين جزيئات صلبة يمكن فصلها بسهولة.وأظهرت الطرق الخمس السابقة نتائج إيجابية على النطاق المعملي، غير أن هناك عقبات حالت دون تطورها إلى حل تطبيقي، ومنها:
عدم الانتقائية:فلم تحقق تلك الطرق انتقائية عالية في استهداف اليوريا على وجه التحديد، مما يؤدي إلى الأكسدة غير المرغوب فيها أو إزالة المواد الأخرى الموجودة في الماء، وهذا النقص في الانتقائية يمكن أن يقلل من الكفاءة الشاملة لعملية المعالجة.
كثافة الطاقة:فبعض الطرق كثيفة الاستهلاك للطاقة، مما يتطلب مدخلات طاقة كبيرة لعملية المعالجة، وهذا يمكن أن يساهم في ارتفاع تكاليف التشغيل، ويحد من جدوى التنفيذ على نطاق واسع.
قابلية التوسع:فقد تواجه بعض التقنيات التي تعمل بشكل جيد في المختبرات تحديات عند توسيع نطاقها لتطبيقات العالم الحقيقي، وذلك بسبب افتقادها للقدرة على التعامل مع كميات كبيرة من المياه.
الكفاءة المحدودة:فبعض الأساليب لا تحقق معدلات إزالة عالية، أو قد تكون أقل فعالية في وجود ملوثات أخرى شائعة في الماء.
المخلفات الكيميائية:فقد تؤدي بعض الطرق القائمة على المواد الكيميائية إلى إدخال بقايا إضافية أو منتجات ثانوية في الماء، مما قد يثير مخاوف بيئية ثانوية.
وانطلاقا من دراسة التجارب السابقة، والتحديات التي حالت دون تطبيقها على نطاق واسع، عمل الباحثون من معهد ورسستر للعلوم التطبيقية بأميركا على حل يقوم على "الأكسدة الكهربائية الانتقائية لليوريا" باستخدام مادة خارقة غير ملوثة للمياه تستطيع التعامل مع كميات كبيرة منها، وتخلق قيمة مضافة لعملية المعالجة وهي إنتاج غاز الهيدروجين من اليوريا، ومن ثم فإن هذا النهج يبشر بإمكانية التنفيذ على نطاق واسع.
ووفق بيان صحفي نشره موقع معهد ورسستر للعلوم التطبيقية، فإن التفكير في تلك المادة انطلق مما هو معروف عن الخصائص الفريدة لليوريا، وأهمها احتواؤها على نسبة كبيرة من الهيدروجين (6.7٪ بالوزن)، ومن ثم فإن التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين منها، قد يكون أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وفعالية من حيث التكلفة مقارنة بالتحليل الكهربائي التقليدي للمياه.
ولا يزعم الباحثون في الدراسة أنهم أول من فكر في التحليل الكهربائي لليوريا لاستخراج الهيدروجين، لكنهم أشاروا إلى أن العقبة التي واجهت المحاولات السابقة هي عدم وجود محفزات كهربائية ميسورة التكلفة وعالية الكفاءة قادرة على أكسدة اليوريا بشكل انتقائي من الماء.
وقال الباحثون بقيادة البروفيسور شياووي تنغ، إنهم عالجوا هذا التحدي عبر تطوير محفزات كهربائية تشتمل على ذرات النيكل والكوبالت المتفاعلة بشكل تآزري مع هياكل إلكترونية فريدة، مما يسهل الأكسدة الكهربائية الانتقائية لليوريا.
ويمكن تلخيص هذا الإنجاز فيما يلي:
أولا- تطوير المواد:فقد قام الباحثون ببناء مواد باستخدام ذرات النيكل والكوبالت بتكوينات إلكترونية محددة، وكانت هذه المواد عبارة عن أكاسيد وهيدروكسيدات فلزات انتقالية، وتحديدا أكاسيد وهيدروكسيدات النيكل والكوبالت.
ثانيا- أكسدة اليوريا الانتقائية:كان الإنجاز الرئيسي هو جعل هذه المواد تعمل على أكسدة اليوريا بشكل انتقائي في تفاعل كهروكيميائي، وهذا يعني أن المادة يمكنها استهداف جزيئات اليوريا على وجه التحديد وتحويلها إلى مواد أخرى مثل غاز الهيدروجين، دون التأثير على جزيئات الماء المحيطة.
ثالثا- حياكة الهيكل الإلكتروني:وجد الباحثون أن نجاح هذه الأكسدة الانتقائية يكمن في تصميم الهياكل الإلكترونية لذرات النيكل والكوبالت، واستهدفوا الأنواع السائدة -"أيون النيكل" و"أيون الكوبالت"- في التكوين الإلكتروني.
ويمكن تشبيه هذا "الهيكل الإلكتروني" باعتباره "اللغة" أو أسلوب الاتصال لذرات النيكل والكوبالت، ومن خلال تعديل هذه اللغة لتحتوي على المزيد من "الكلمات"، أي المزيد من أيونات النيكل والكوبالت، جعل الباحثون المادة أفضل في التفاعل مع اليوريا وتحويلها.
ويثني أستاذ الهندسة الكيميائية بجامعة إلمنيا (جنوب مصر) خالد أبو العز، في حديث هاتفي مع "الجزيرة نت"، على هذا الإنجاز البحثي، لأنه يستفيد من وجود سماد اليوريا في المياه لتدشين حقبة جديدة من العلاقة بين الماء والطاقة. فمن خلال إزالة اليوريا من الماء بكفاءة عبر عملية كهروكيميائية، يهدف الباحثون ليس فقط إلى معالجة مشكلة التلوث، ولكن أيضا لإنتاج غاز الهيدروجين كمصدر محتمل للطاقة.
ويمثل اختيار سماد اليوريا لهذا العمل لفتة ذكية من الباحثين، كما يوضح أبو العز، لأن كمياته المتسربه إلى المجاري المائية تسمح ببناء مشروع اقتصادي لاستخراج الهيدروجين. فهو أحد الأسمدة النيتروجينية الرئيسية والمواد المضافة للأعلاف منذ عشرينيات القرن الماضي، وأُنتج منه ما يقرب من 180 مليون طن متري (الطن المتري يعادل 1000كغم) في عام 2021.
ولكن هذه الإشادة لم تمنع أبو العز من الإشارة إلى أن ما تحقق في هذا البحث، خطوة ينتظرها خطوات إضافية للإجابة على سؤالين فارقين في التطبيق العملي، وهما:
أولا: ما هو مدى استقرار المحفزات الكهربية المستخدمة على المدى الطويل، وهل هناك احتمالية للتحلل مع مرور الوقت، وكيف يمكن تحسين استقرار المواد للاستخدام الممتد؟
ثانيا: كيف يمكن دمج هذه التكنولوجيا مع أنظمة معالجة المياه وإنتاج الطاقة الحالية، وهل هناك أوجه محتملة للتكامل مع التقنيات الناشئة الأخرى، وكيف يمكن أن تتناسب مع البنية التحتية للمياه والطاقة؟
ويقول أبو العز: "من المؤكد أن الباحثين بحاجة إلى دراسات إضافية للإجابة على هذين السؤالين، وقد تقود هذه الدراسات مثلا إلى تحسين المحفزات الكهربائية بشكل أكبر لزيادة الكفاءة والانتقائية أو إجراء تعديلات إضافية على الهياكل أو التركيبة الإلكترونية لتحسين أدائها".
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: الهیدروجین من فی الماء أبو العز یمکن أن
إقرأ أيضاً:
حكم من صلى فرضا وهو على جنابة سهوا أو عمدا
حكم من نسي وصلى وهو على جنابة.. دخلت المسجد وأنا على جنابة وكبرت تكبيرة الإحرام، وفى أثنائها تذكرت أننى على جنابة فأكملت الصلاة حياًء من الناس بدون قراءة، فما حكم الشرع في ذلك؟.
قالت دار الإفتاء المصرية، إن الصلاة على سبيل العمد بغير طهارة من الحدث الأصغر أو الأكبر إثم، لأن الطهارة من شروط صحة الصلاة.
حكم من صلى فرضا وهو على جنابة سهوا أو عمداواستشهدت بقوله تعالى" يا أيها الذين آمنوا لا تقربوا الصلاة وأنتم سكارى حتى تعلموا ما تقولون ولا جنبا إلا عابري سبيل حتى تغتسلوا" ولقوله عليه السلام "لا يقبل الله صلاة أحدكم إذا أحدث حتى يتوضأ".
وأضافت الدار، أنه يجب عليك أيها السائل الاستغفار، وإعادة هذه الصلاة، كما أنه في هذه الحالة ينبغى مراعاة أن الجنب يحرم عليه المكث في المسجد، إنما جائز في حقه المرور فقط، لقوله: "ولا جنبا إلا عابري سبيل".
وأشارت دار الإفتاء إلى أنه يجب عليك الاستغفار لاستمرارك في الصلاة من غير وضوء، ثم تعيد تلك الصلاة، وننصح بأنه يمكن في هذه الحالة أن تضع يدك على أنفك أو فمك تظاهرًا بحدوث شيء أصابك، وتخرج من الصلاة، كما ننصح بعدم التحرج من الناس عند تذكر شيء مثل هذا، فالحرج منهم ليس عذرًا للاستمرار في الصلاة والمكث في المسجد هذه المدة الطويلة.
شرح كيفية غسل الجنابةالغسل من الجنابة ذو الصّفة الكاملة: وهو أن يقوم المسلم في غسله بأداء الواجبات والسّنن معًا، وفيما يأتي ذكر خطوات الغسل الكامل بالترتيب:
-النيّة: وذلك أن ينوي المسلم الطّهارة من الحدث.
-التّسمية: وهي أن يقول المسلم "بسم الله الرّحمن الرّحيم".
-غسل الكفيّن ثلاث مرّات؛ والسّبب في ذلك أنّ الكفيّن هما أداة غرف الماء.
-غسل الفرج باليد اليسرى؛ وذلك لأنّ الفرج هو موضع الجنابة، فبغسله يتخلّص المسلم من الأذى والأوساخ العالقة به.
-تنظيف اليد اليسرى ثمّ تدليكها بشدّة؛ وذلك للقيام بالتّخلص ممّا علق بها من أوساخٍ خلال غسل الفرج، وتطهيرها بالماء والصّابون، فهو يقوم مقام التّراب.
-الوضوء: ويكون الوضوء هنا مثل الوضوء للصّلاة وضوءًا كاملا لا نقص فيه، ولا يلزم إعادة الوضوء بعد الانتهاء من الاغتسال من الجنابة من أجل أداء الصّلاة، فالقيام بذلك أثناء الاغتسال يجزئ ويكفي، ولا داعي لإعادته، أمّا إذا تمّ مسّ الفرج أو الذّكر فإنّه يجب إعادة الوضوء؛ وذلك بسبب وقوع الحدث الطّارئ.
-غسل القدمين: وهناك اختلافٌ في وقت غسل القدمين، بحيث هل يكون مع الوضوء؟ أم يتمّ تأخيره إلى ما بعد الاغتسال؟ والظاهر في الأحاديث المروية ورود الكيفيّتين عن الرسول صلى الله عليه وسلم، فكلاهما ثابتتان في سنته الشريفة، واستحب الجمهور تأخير غسلهما بعد الانتهاء من الاغتسال، لكن بما أن كلا الطريقتين وردت في سنة النبي عليه الصلاة والسلام، فلا بأس أن يأتي المسلم بإحداهما تارة، وبالأخرى تارةً أخرى، فيغسل قدميه مع الوضوء، وفي مرات أخرى يؤخر غسلهما إلى آخر الاغتسال.
-تعميم الماء في أصول الشّعر من خلال إدخال أصابعه بينهم، والقيام بالتّخليل إن كان الشّعر كثيفًا؛ حتّى يصل الماء إلى منبته.
-إدارة الماء على الرّأس ثلاث مرّات بعد الانتهاء من تخليل الماء لأصول الشّعر.
-إفاضة الماء وتعميمها على سائر الجسد مرّةً واحدة، ومن السّنة أن يدلّك بدنه، ويبدأ بالجهة اليمنى ثمّ الجهة اليسرى.
قالت لجنة الفتوى بمجمع البحوث الإسلامية، إن من شروط صحة الصلاة «الطهارة من الحدث الأكبر وهو -الجماع- والحدث الأصغر، وهو البول والغائط».
واستشهدت لجنة الفتوى في إجابتها عن سؤال: «ما حكم الدين في من صلى وهو على جنابة ولـم يكن يعلـم أو نسـي أنـه عـلـى جنـابة؟» بقوله تعالى: «يَا أَيُّهَا الَّذِينَ آمَنُوا إِذَا قُمْتُمْ إِلَى الصَّلَاةِ فَاغْسِلُوا وُجُوهَكُمْ وَأَيْدِيَكُمْ إِلَى الْمَرَافِقِ وَامْسَحُوا بِرُءُوسِكُمْ وَأَرْجُلَكُمْ إِلَى الْكَعْبَيْنِ وَإِنْ كُنْتُمْ جُنُبًا فَاطَّهَّرُوا» (المائدة :6)، ولقوله – صلى الله عليه وسلم -: «لا يقبل الله صلاة أحدكم إذا أحدث حتى يتوضأ» متفق عليه.
وأفادت بأن من صلى وهو جنب وكان جاهلًا أو ناسيًا أنه جنب، فصلاته باطلة؛ لأن الطهارة من الحدث من باب فعل المأمور، والمأمورات يجب الإتيان بها قدر المستطاع، والسهو عنها لا يخرج به المسلمون من العهدة، كما لو سها عن صلاة مفروضة، فإنه يسقط عنه الإثم ولا تسقط عنه الفريضة.
الفاتيكان يصدر بيانا بشأن تطورات الحالة الصحية للبابا فرنسيس