عبد العزيز: Add 1 book for أرابيكا:إمكانية التحقق (20231218sim)) #IABot (v2.0.9.5) (GreenC bot

2023-12-19T10:32:43Z

Add 1 book for أرابيكا:إمكانية التحقق (20231218sim)) #IABot (v2.0.9.5) (GreenC bot

صفحة جديدة

{{مقالة غير مراجعة|تاريخ = ديسمبر 2020}}
{{يتيمة|تاريخ=ديسمبر 2020}}
'''وقود الطاقة الشمسية''' هو وقود كيميائي صناعي ينتج من الطاقة الشمسية. يمكن إنتاج الوقود الشمسي من خلال الكيمياء الضوئية والبيولوجية الضوئية (أي [[التركيب الضوئي الاصطناعي|التمثيل الضوئي الاصطناعي]]) والكيمياء [[كيمياء حرارية|الحرارية]] (أي من خلال استخدام الحرارة الشمسية التي توفرها الطاقة الحرارية الشمسية المركزة لتحريك [[تفاعل كيميائي]]) والتفاعلات [[كيمياء كهربائية|الكهروكيميائية]].<ref name="Sunshine to Petrol">{{استشهاد ويب
| مسار = https://energy.sandia.gov/wp/wp-content/gallery/uploads/S2P_SAND2009-5796P.pdf
| عنوان = Sunshine to Petrol
| ناشر = Sandia National Laboratories
| تاريخ الوصول = 11 April 2013
|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20131027203918/http://energy.sandia.gov/wp/wp-content/gallery/uploads/S2P_SAND2009-5796P.pdf
|تاريخ أرشيف=2013-10-27}}</ref><ref name="SunShot">{{استشهاد ويب
| مسار = http://www1.eere.energy.gov/solar/sunshot/csp_sunshotrnd_pnnl.html
| عنوان = Integrated Solar Thermochemical Reaction System
| ناشر = U.S. Department of Energy
| تاريخ الوصول = 11 April 2013
|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20130819063840/http://www1.eere.energy.gov/solar/sunshot/csp_sunshotrnd_pnnl.html
|تاريخ أرشيف=2013-08-19}}</ref><ref name="NYT41013">{{استشهاد بخبر
| عنوان = New Solar Process Gets More Out of Natural Gas
| مسار = https://www.nytimes.com/2013/04/11/business/energy-environment/new-solar-process-gets-more-out-of-natural-gas.html
| تاريخ الوصول = 11 April 2013
| عمل = The New York Times
| تاريخ = 10 April 2013
| الأخير = Matthew L. Wald
|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20201130012407/https://www.nytimes.com/2013/04/11/business/energy-environment/new-solar-process-gets-more-out-of-natural-gas.html
|تاريخ أرشيف=2020-11-30}}</ref><ref>[https://www.rsc.org/globalassets/04-campaigning-outreach/policy/research-policy/global-challenges/solar-fuels-2012.pdf Solar Fuels and Artificial Photosynthesis, Nobel Laureate Professor Alan Heeger, RSC 2012] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20201212011419/https://www.rsc.org/globalassets/04-campaigning-outreach/policy/research-policy/global-challenges/solar-fuels-2012.pdf |date=12 ديسمبر 2020}}</ref> يستخدم الضوء [[تنمية الطاقة|كمصدر للطاقة]]، حيث يتم تحويل [[طاقة شمسية|الطاقة الشمسية]] إلى [[طاقة كيميائية]]، غالبًا عن طريق تقليل [[بروتون|البروتونات]] إلى [[هيدروجين]]، أو [[ثنائي أكسيد الكربون|ثاني أكسيد الكربون]] إلى [[مركب عضوي|مركبات عضوية]].

يمكن إنتاج وقود الطاقة الشمسية وتخزينه من أجل استخدامه لاحقًا، عندما لا يتوفر ضوء الشمس، مما يجعله بديلاً [[وقود أحفوري|للوقود الأحفوري]]. يتم تطوير محفزات ضوئية متنوعة لنقل هذه التفاعلات بطريقة مستدامة [[صديق البيئة|وصديقة للبيئة]].<ref name="Styring">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير=Styring|الأول=Stenbjörn|عنوان=Artificial photosynthesis for solar fuels|صحيفة=Faraday Discussions|المجلد=155|تاريخ=21 December 2011|العدد=Advance Article|صفحات=357–376|DOI=10.1039/C1FD00113B|PMID=22470985|bibcode=2012FaDi..155..357S|مسار=https://zenodo.org/record/3426629| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20210911210425/https://zenodo.org/record/3426629 | تاريخ أرشيف = 11 سبتمبر 2021 }}</ref>

== نظرة عامة ==
إن اعتماد العالم على انخفاض احتياطيات الوقود الأحفوري لا يطرح [[قضايا بيئية|مشاكل بيئية]] فقط، بل [[قضايا بيئية|مشاكل]] [[جيوسياسية]] أيضًا.<ref name="Hammarstrom">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير=Hammarström|الأول=Leif|الأخير2=Hammes-Schiffer, Sharon|عنوان=Artificial Photosynthesis and Solar Fuels|صحيفة=Accounts of Chemical Research|تاريخ=21 December 2009|المجلد=42|العدد=12|صفحات=1859–1860|DOI=10.1021/ar900267k|PMID=20020780|مسار=https://pubs.acs.org/toc/achre4/42/12|تاريخ الوصول=26 January 2012| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20201228105315/https://pubs.acs.org/toc/achre4/42/12 | تاريخ أرشيف = 28 ديسمبر 2020 }}</ref> يتعبر وقود الطاقة الشمسية، تحديدًا الهيدروجين، كمصدر بديل للطاقة لاستبدال الوقود الأحفوري خاصة عندما يكون التخزين مهمًا. يمكن إنتاج [[كهرباء|الكهرباء]] مباشرة من ضوء الشمس من خلال [[لوح ضوئي|الخلايا الكهروضوئية]]، لكن هذا النوع من الطاقة غير فعال إلى حد ما في التخزين مقارنة بالهيدروجين.<ref name="Styring" /> يمكن إنتاج وقود الطاقة الشمسية متى وحيثما يتوفر ضوء الشمس، وتخزينه ونقله لاستخدامه لاحقًا.

اوقود الطاقة الشمسية الأكثر بحثًا هو الهيدروجين ومنتجات تقليل ثاني أكسيد الكربون الكيميائي الضوئي.

يمكن إنتاج الوقود الشمسي عبر عمليات مباشرة أو غير مباشرة. تسخر العمليات المباشرة الطاقة في ضوء الشمس لإنتاج وقود بدون تحويلات طاقة وسيطة. في المقابل، يتم تحويل الطاقة الشمسية في العمليات غير المباشرة إلى شكل آخر من أشكال الطاقة أولاً (مثل [[كتلة حيوية|الكتلة الحيوية]] أو الكهرباء) التي يمكن استخدامها بعد ذلك لإنتاج الوقود. كانت العمليات غير المباشرة أسهل في التنفيذ ولكن لها عيوب كونها أقل كفاءة من، على سبيل المثال، تقسيم الماء لإنتاج الهيدروجين، حيث تُهدر الطاقة في التحويل الوسيط.<ref name="Styring" />

== إنتاج الهيدروجين ==
[[ملف:Photo_Electric_Cell_Evolving_Hydrogen_and_Oxygen.jpg|تصغير|عينة من خلية كهروضوئية في بيئة معملية. تُضاف المحفزات إلى الخلية ، التي تُغمر في الماء وتُضاء بأشعة الشمس المحاكية. الفقاعات المرئية هي الأكسجين (الذي يتشكل في مقدمة الخلية) والهيدروجين (يتشكل على ظهر الخلية).]]
في عملية '''كيميائية ضوئية''' شمسية، يمكن إنتاج الهيدروجين عن طريق [[تحليل كهربائي|التحليل الكهربائي]]. لاستخدام ضوء الشمس في هذه العملية، يمكن استخدام خلية كهروكيميائية ضوئية، حيث يقوم [[قطب كهربائي]] [[تحسيس ضوئي|حساس للضوء]] بتحويل الضوء إلى [[تيار كهربائي]] يستخدم بعد ذلك [[تفكيك الماء|لتقسيم الماء]]. أحد هذه الأنواع من الخلايا هو [[خلية شمسية صبغية|الخلايا الشمسية الصبغية]].<ref name="Kalyanasundaram">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير=Kalyanasundaram|الأول=K.|الأخير2=Grätzel, M.|عنوان=Artificial photosynthesis: biomimetic approaches to solar energy conversion and storage|صحيفة=Current Opinion in Biotechnology|تاريخ=June 2010|المجلد=21|العدد=3|صفحات=298–310|DOI=10.1016/j.copbio.2010.03.021|PMID=20439158}}</ref> تعتبر هذه العملية غير مباشرة، لأنها تنتج الكهرباء التي تستخدم بعد ذلك لتكوين الهيدروجين. العملية الرئيسية الأخرى غير المباشرة التي تستخدم ضوء الشمس هي تحويل الكتلة الحيوية إلى [[وقود حيوي]] باستخدام [[ضوئي التغذية|كائنات التمثيل الضوئي]]. رغم ذلك، فإن معظم الطاقة التي يتم حصادها عن طريق [[تركيب ضوئي|التمثيل الضوئي]] تُستخدم في عمليات الحفاظ على الحياة، وبالتالي تُفقد لاستخدام الطاقة.<ref name="Styring" />

.يمكن أن تستخدم العملية المباشرة [[تحفيز|محفزًا]] يقلل البروتونات إلى هيدروجين جزيئي على إلكترونات من [[حالة مثارة|محسس]] ضوئي [[حالة مثارة|متحمس]]. تم تطوير العديد من هذه المحفزات [[إثبات المفهوم|كدليل على المفهوم]]، ولكن لم يتم توسيع نطاقها للاستخدام التجاري؛ ومع ذلك، فإن بساطتها النسبية تعطي ميزة التكلفة المنخفضة المحتملة وزيادة [[كفاءة تحويل الطاقة]].<ref name="Styring" /><ref name="Andreiadis">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير=Andreiadis|الأول=Eugen S.|الأخير2=Chavarot-Kerlidou, Murielle|الأخير3=Fontecave, Marc|الأخير4=Artero, Vincent|عنوان=Artificial Photosynthesis: From Molecular Catalysts for Light-driven Water Splitting to Photoelectrochemical Cells|صحيفة=Photochemistry and Photobiology|تاريخ=September–October 2011|المجلد=87|العدد=5|صفحات=946–964|DOI=10.1111/j.1751-1097.2011.00966.x|PMID=21740444}}</ref> أحد هذه الأدلة على المفهوم هو «الورقة الاصطناعية» التي طورتها Nocera وزملاؤها في العمل: مزيج من المحفزات القائمة على [[أكسيد|أكسيد المعدن]] [[خلية شمسية|وخلية شمسية]] [[شبه موصل|شبه موصلة]] تنتج الهيدروجين عند الإضاءة، مع [[أكسجين|الأكسجين]] كمنتج ثانوي وحيد.<ref name="Reece">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير=Reece|صحيفة=Science|PMID=21960528|DOI=10.1126/science.1209816|صفحات=645–648|العدد=6056|المجلد=334|تاريخ=4 November 2011|عنوان=Wireless Solar Water Splitting Using Silicon-Based Semiconductors and Earth-Abundant Catalysts|وصلة=https://archive.org/details/sim_science_2011-11-04_334_6056/page/645|الأول=Steven Y.|الأخير7=Nocera, Daniel G.|الأخير6=Pijpers, Joep J. H.|الأخير5=Esswein, Arthur J.|الأخير4=Jarvi, Thomas D.|الأخير3=Sung, Kimberly|الأخير2=Hamel, Jonathan A.|bibcode=2011Sci...334..645R}}</ref>

يمكن أيضًا إنتاج الهيدروجين من بعض الكائنات الحية الدقيقة في التمثيل الضوئي ([[طحالب دقيقة|الطحالب الدقيقة]] [[بكتيريا زرقاء|والبكتيريا الزرقاء]]) باستخدام [[مفاعل حيوي ضوئي|المفاعلات الحيوية الضوئية]]. تنتج بعض هذه الكائنات الهيدروجين عند تبديل ظروف [[مستنبت|الاستزراع]]؛ على سبيل المثال، ينتج ''Chlamydomonas reinhardtii'' الهيدروجين [[كائن لاهوائي اختياري|اللاهوائي]] تحت الحرمان من [[كبريت|الكبريت]]، أي عندما تنتقل الخلايا من وسط نمو إلى آخر لا يحتوي على الكبريت، وتزرع دون الوصول إلى الأكسجين الجوي.<ref name="Kosourov">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير=Kosourov|الأول=Sergey|الأخير2=Tsygankov, Anatoly|الأخير3=Seibert, Michael|الأخير4=Ghirardi, Maria L.|عنوان=Sustained hydrogen photoproduction by ''Chlamydomonas reinhardtii'': Effects of culture parameters|صحيفة=Biotechnology and Bioengineering|تاريخ=30 June 2002|المجلد=78|العدد=7|صفحات=731–740|DOI=10.1002/bit.10254|PMID=12001165}}</ref> كان ثمة نهج آخر لإلغاء النشاط من الهيدروجين المؤكسدة (امتصاص) [[هيدروجيناز|الفومارية]] [[إنزيم|انزيم]] في [[دايازتروف|diazotrophic]] cyanobacterium ''نوستوك punctiforme'' ، بحيث لا تستهلك الهيدروجين الذي يتم انتاجه بشكل طبيعي في [[نيتروجيناز|النيتروجينيز]] الانزيم في [[تثبيت النيتروجين|المثبتة للنيتروجين]] الظروف.<ref name="Lindberg">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير=Lindberg|الأول=Pia|الأخير2=Schûtz, Kathrin|الأخير3=Happe, Thomas|الأخير4=Lindblad, Peter|عنوان=A hydrogen-producing, hydrogenase-free mutant strain of ''Nostoc punctiforme'' ATCC 29133|صحيفة=International Journal of Hydrogen Energy|تاريخ=November–December 2002|المجلد=27|العدد=11–12|صفحات=1291–1296|DOI=10.1016/S0360-3199(02)00121-0}}</ref> يمكن أن ينتج هذا [[طافر (كائن حي)|الطافرة]] ''النقطية الشكل'' الهيدروجين عند ''إضاءته'' [[ضوء|بالضوء المرئي]].

في العملية '''الكيميائية الحرارية''' الشمسية <ref>{{استشهاد بكتاب|الفصل=Solar Thermochemical Production of Hydrogen|مؤلف1=Steinfeld|الأول=Aldo|عنوان=Solar thermochemical production of hydrogen—A review|سنة=2005|صفحات=421–443}}</ref> ، يتم تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام الحرارة الشمسية المباشرة، بدلاً من الكهرباء، داخل مفاعل شمسي بدرجة حرارة عالية <ref>{{استشهاد ويب
| مسار = http://www.solarpaces.org/wp-content/uploads/Fabrication-and-testing-of-CONTISOL-A-new-receiver-reactor-for-day-and-night-solar-thermochemistry.pdf
| عنوان = Fabrication and testing of CONTISOL: A new receiver-reactor for day and night solar thermochemistry
| تاريخ =
| موقع = SolarPACES
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20201130050340/http://www.solarpaces.org/wp-content/uploads/Fabrication-and-testing-of-CONTISOL-A-new-receiver-reactor-for-day-and-night-solar-thermochemistry.pdf
| تاريخ أرشيف =2020-11-30| تاريخ الوصول =
| الأخير =
| الأول =
}}</ref> والذي يتلقى تدفقًا شمسيًا عالي التركيز من مجال شمسي من المروحيات التي تركز بشدة ضوء الشمس المركز في المفاعل. في عملية تستخدم عادةً أكسيد السيريوم <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|عنوان=Thermochemical hydrogen production from a two-step solar-driven water-splitting cycle based on cerium oxides|مسار=https://archive.org/details/sim_solar-energy_2006_80_12/page/n100|صحيفة=Solar Energy|سنة=2006|DOI=10.1016/j.solener.2005.12.005|الأخير=Abanades|الأول=Stéphane|الأخير2=Flamant|الأول2=Gilles|المجلد=80|العدد=12|صفحات=1611–1623|bibcode=2006SoEn...80.1611A}}</ref> كمتفاعل، فإن الخطوة الأولى هي تجريد CeO2 في CeO عند أكثر من 1400 درجة مئوية. بعد خطوة الاختزال الحراري لتقليل أكسيد المعدن، يتم إنتاج الهيدروجين بعد ذلك من خلال التحلل المائي عند حوالي 800 درجة مئوية. نظرًا لأن تصنيع الهيدروجين يتطلب أداءً مستمرًا، فإن العملية الكيميائية الحرارية الشمسية تتضمن تخزين الطاقة الحرارية.<ref>{{استشهاد ويب
| مسار = https://www.solarpaces.org/how-csp-thermal-energy-storage-works/
| عنوان = How CSP's Thermal Energy Storage Works
| تاريخ = 10 November 2017
| موقع = SolarPACES
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20201216150136/https://www.solarpaces.org/how-csp-thermal-energy-storage-works/
| تاريخ أرشيف =2020-12-16| تاريخ الوصول =
| الأخير =
| الأول =
}}</ref> تستخدم طريقة كيميائية حرارية أخرى إعادة التشكيل الشمسي للميثان، وهي عملية تكرر عملية إعادة تشكيل الوقود الأحفوري التقليدية ولكنها تحل محل الحرارة الشمسية.<ref>{{استشهاد ويب
| مسار = https://www.adelaide.edu.au/cet/solar-alumina/research-program/solar-reforming-of-natural-gas
| عنوان = Solar Reforming of Natural Gas
| تاريخ =
| موقع = University of Adelaide
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20201129224230/https://www.adelaide.edu.au/cet/solar-alumina/research-program/solar-reforming-of-natural-gas
| تاريخ أرشيف =2020-11-29| تاريخ الوصول =
| الأخير =
| الأول =
}}</ref>

== تقليل ثاني أكسيد الكربون ==
يمكن اختزال [[أحادي أكسيد الكربون|ثاني أكسيد]] [[ثنائي أكسيد الكربون|الكربون]] (CO 2) إلى [[أحادي أكسيد الكربون|أول أكسيد الكربون]] (CO) ومركبات أخرى أكثر اختزالًا، مثل [[ميثان|الميثان]]، باستخدام المحفزات الضوئية المناسبة. وكان أحد الأمثلة المبكرة استخدام تريس (bipyridine) الروثينيوم (II) كلوريد (رو (bipy) 3 الكلور 2) وكلوريد الكوبالت (كوكلي 2) للحد من CO 2 إلى CO.<ref name="Lehn">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير=Lehn|الأول=Jean-Marie|الأخير2=Ziessel, Raymond|عنوان=Photochemical generation of carbon monoxide and hydrogen by reduction of carbon dioxide and water under visible light irradiation|صحيفة=Proceedings of the National Academy of Sciences|تاريخ=January 1982|المجلد=79|العدد=2|صفحات=701–704|DOI=10.1073/pnas.79.2.701|PMID=16593151|PMCID=345815|bibcode=1982PNAS...79..701L}}</ref> ومنذ ذلك الحين تم تطوير العديد من المركبات التي تفعل ردود فعل مماثلة، لكنها عموما أداء ضعيف مع التركيزات في الغلاف الجوي من CO 2، تحتاج إلى مزيد من التركيز.<ref name="Dubois">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير=Dubois|الأول=M. Rakowski|الأخير2=Dubois, Daniel L.|صحيفة=Accounts of Chemical Research|سنة=2009|المجلد=42|العدد=12|صفحات=1974–1982|DOI=10.1021/ar900110c|PMID=19645445|عنوان=Development of molecular electrocatalysts for CO2 reduction and H2 production/oxidation.|مسار=https://archive.org/details/sim_accounts-of-chemical-research_2009-12_42_12/page/1974}}</ref> أبسط المنتج من تخفيض CO 2 هو [[أحادي أكسيد الكربون|أول أكسيد الكربون]] (CO)، ولكن لتطوير وقود، هناك حاجة إلى مزيد من الانخفاض، وخطوة رئيسية أيضا تحتاج إلى مزيد من التطوير لنقل الأيونات هيدريد لCO.

أيضًا في هذه الحالة، تم استكشاف استخدام الكائنات الحية الدقيقة. باستخدام [[هندسة وراثية|تقنيات الهندسة الوراثية]] [[علم الأحياء التركيبي|والبيولوجيا التركيبية]]، يمكن إدخال أجزاء أو [[مسار أيضي|مسارات التمثيل الغذائي]] لإنتاج الوقود الحيوي بالكامل في الكائنات الحية الضوئية. أحد الأمثلة على ذلك هو إنتاج [[1-بوتانول|1-بيوتانول]] في ''[[متعاقبة حبيبية متطاولة|Synechococcus elongatus]]'' باستخدام إنزيمات من ''[[مطثية منتجة للخلون والبوتيل|Clostridium acetobutylicum]]'' و ''[[إشريكية قولونية|Escherichia coli]]'' و ''[[لولبية سنية|Treponema denticola]]''.<ref name="Lan">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير=Lan|الأول=Ethan I.|الأخير2=Liao, James C.|عنوان=Metabolic engineering of cyanobacteria for 1-butanol production from carbon dioxide|صحيفة=Metabolic Engineering|تاريخ=July 2011|المجلد=13|العدد=4|صفحات=353–363|DOI=10.1016/j.ymben.2011.04.004|PMID=21569861}}</ref> أحد الأمثلة على منشأة بحثية واسعة النطاق تستكشف هذا النوع من إنتاج الوقود الحيوي هو [[مركز أبحاث وإنتاج الطحالب|AlgaePARC]] في جامعة Wageningen ومركز الأبحاث [[هولندا|بهولندا]].

== مراجع ==
{{مراجع}}
{{شريط بوابات|طاقة|علم البيئة}}

[[تصنيف:إنتاج الوقود]]
[[تصنيف:تقنيات طاقة متجددة]]
[[تصنيف:كيمياء ضوئية]]
[[تصنيف:وقود بديل]]
[[تصنيف:وقود متجدد]]

وقود شمسي - تاريخ المراجعة

عبد العزيز: Add 1 book for أرابيكا:إمكانية التحقق (20231218sim)) #IABot (v2.0.9.5) (GreenC bot