Donna Gregory

تقدم محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالهيدروجين حلاً واعدًا في مكافحة تغير المناخ. وتوفر هذه المحركات بديلاً قويًا وخاليًا من الكربون عن الوقود التقليدي، مما يجعلها مثالية للشاحنات الثقيلة، والحافلات، ومعدات الطرق الوعرة، والآلات الزراعية. بالإضافة إلى ذلك، فهي مفيدة في توليد الطاقة الاحتياطية، حيث تقدم حلول طاقة أنظف مقارنة بمحركات الديزل.

الأثر البيئي لمحركات الهيدروجين

على الرغم من أن محركات الهيدروجين لا تطلق الكربون الذي يسخن كوكب الأرض، فإنها ليست خالية تمامًا من الملوثات. خلال الاحتراق عند درجات حرارة عالية، تنتج هذه المحركات أكاسيد النيتروجين (Nox)، التي تتفاعل مع المركبات الموجودة في الغلاف الجوي لتكوين الأوزون والجسيمات الدقيقة. يمكن أن تفاقم هذه الملوثات حالات التنفس وتؤدي إلى مشاكل صحية طويلة الأمد؛ مما يجعل تقليل انبعاثات أكاسيد النيتروجين أمرًا حيويًا لتحسين الأداء البيئي لمحركات الهيدروجين.

تصميم مبتكر لمحولات التحفيز يقلل الانبعاثات

طور العلماء في جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد (UCR) حلاً فعالاً من حيث التكلفة لتقليل التلوث الناتج عن محركات الهيدروجين بشكل كبير. تركز أبحاثهم على تعزيز كفاءة محولات التحفيز، وهي مكونات رئيسية في أنظمة التحكم في الانبعاثات.

في دراسة نُشرت في مجلة Nature Communications، اكتشف باحثو جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد (UCR) أن دمج البلاتين في محولات التحفيز مع مادة مسامية تعرف باسم “زيولايت” Y يؤدي إلى زيادة كبيرة في تحويل أكاسيد النيتروجين إلى غاز النيتروجين غير الضار وبخار الماء. وقد تم تحقيق هذا الإنجاز من خلال تعزيز التفاعلات بين أكاسيد النيتروجين والهيدروجين داخل المحول.

كيف تحسن “زيولايت Y” كفاءة التحفيز

تُعتبر “زيولايت Y”، وهي شكل صناعي من عائلة الزيولايت، مواد منخفضة التكلفة تتكون بشكل أساسي من ذرات السيليكون والألمنيوم والأكسجين. وتتميز هيكلها البلوري بوجود مساحة سطح كبيرة مع مسام وقنوات منتظمة تعزز من كفاءة تحلل الملوثات. عند خلط البلاتين مع “زيولايت “Y، تُشكل المادة بيئة غنية بالماء أثناء احتراق الهيدروجين. تعزز هذه البيئة تنشيط الهيدروجين، الذي يؤدي دورًا حيويًا في زيادة تقليل أكاسيد النيتروجين.

بالمقارنة مع محولات التحفيز التقليدية، أظهر التصميم الجديد زيادة تُراوح بين أربع وخمس مرات في تحويل أكاسيد النيتروجين عند درجة حرارة 250 درجة مئوية. كان النظام فعالًا بشكل خاص عند درجات الحرارة المنخفضة، مما يجعله مفيدًا جدًا في تقليل الانبعاثات خلال بدء تشغيل المحرك عندما لا تزال درجات الحرارة منخفضة نسبيًا.

التطبيقات الأوسع لهذه التكنولوجيا

بجانب محركات الهيدروجين، قد يساعد تصميم محولات التحفيز أيضًا في تقليل الانبعاثات من محركات الديزل المزودة بأنظمة حقن الهيدروجين. هذه الطريقة مشابهة لأنظمة التخفيض التحفيزي الانتقائي المستخدمة حاليًا في الشاحنات الكبيرة التي تعمل بالديزل للتحكم في انبعاثات أكاسيد النيتروجين. يوفر دمج الهيدروجين في هذه الأنظمة إمكانيات إضافية لتقليل التأثير البيئي للآلات التي تعمل بالديزل.

يعتبر فريق UCR، بقيادة فودونغ ليو، أستاذ مساعد في الهندسة الكيميائية والبيئية، أن هذا التقدم يعد خطوة حاسمة نحو تقنيات احتراق أكثر نظافة واستدامة. مع إضافة “زيولايت Y” منخفضة التكلفة إلى محولات التحفيز، يمكن أن تقترب محركات الهيدروجين من أن تكون بديلاً فعالاً ومنخفض الانبعاثات للتطبيقات الثقيلة والصناعية.

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات
المصدر: E+ELeader