يمكن وضع لوحات شمسية رقيقة جدًا على حقيبتك الظهر أو هاتفك بتقنية "الطباعة بالحبر" للحصول على طاقة نظيفة بتكلفة منخفضة

أظهر بحث جديد أنه يمكن وضع طلاء أرق 100 مرة من شعرة الإنسان على حقيبة الظهر أو الهاتف المحمول أو سقف السيارة لتسخير طاقة الشمس، في تطور قد يقلل من حاجة العالم إلى مزارع الطاقة الشمسية التي تشغل مساحات شاسعة من الأرض.

طور علماء من قسم الفيزياء في جامعة أكسفورد مادة رقيقة جداً تمتص الضوء ومرنة بما يكفي لتطبيقها على سطح أي مبنى أو جسم تقريباً - مع إمكانية توليد ما يصل إلى ضعف كمية الطاقة التي تولدها الألواح الشمسية الحالية تقريباً.

تأتي هذه التكنولوجيا في وقت حرج بالنسبة لطفرة الطاقة الشمسية حيث أن التغير المناخي الذي يتسبب فيه الإنسان يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الكوكب بسرعة، مما يجبر العالم على تسريع انتقاله إلى الطاقة النظيفة.

وإليك كيفية عملها: الطلاء الشمسي مصنوع من مواد تسمى بيروفسكايت، وهي أكثر كفاءة في امتصاص طاقة الشمس من الألواح الشمسية القائمة على السيليكون المستخدمة على نطاق واسع اليوم. وذلك لأن طبقاتها الممتصة للضوء يمكنها التقاط نطاق أوسع من الضوء من طيف الشمس مقارنة بالألواح التقليدية. والمزيد من الضوء يعني المزيد من الطاقة.

وعلماء أكسفورد ليسوا الوحيدين الذين أنتجوا هذا النوع من الطلاء، لكن ألواحهم فعالة بشكل ملحوظ، حيث تلتقط حوالي 27% من الطاقة في ضوء الشمس. وعلى سبيل المقارنة، فإن الألواح الشمسية الحالية التي تستخدم خلايا السيليكون، عادةً ما تحول ما يصل إلى 22% من ضوء الشمس إلى طاقة.

ويعتقد الباحثون أنه مع مرور الوقت، سيتمكن البيروفسكايت من تحقيق كفاءة تتجاوز 45%، مشيرين إلى الزيادة في الإنتاجية التي تمكنوا من تحقيقها خلال خمس سنوات فقط من التجارب، من 6% إلى 27%.

قال جونكي وانغ، أحد علماء أكسفورد: "هذا أمر مهم لأنه يعد بالمزيد من الطاقة الشمسية دون الحاجة إلى ألواح تعتمد على السيليكون أو مزارع شمسية مبنية خصيصًا". "يمكننا أن نتصور تطبيق طلاءات البيروفسكايت على أنواع أوسع من الأسطح لتوليد طاقة شمسية رخيصة، مثل أسطح السيارات والمباني وحتى على ظهر الهواتف المحمولة."

يبلغ سمك الطلاء أكثر من ميكرون واحد بقليل، وهو أرق 150 مرة من طلاء السيليكون المستخدم في الألواح الشمسية الحالية. وخلافاً لألواح السيليكون الحالية، يمكن تطبيق البيروفسكايت على أي سطح تقريباً، بما في ذلك البلاستيك والورق، باستخدام أدوات مثل الطابعة النافثة للحبر.

على الصعيد العالمي، ارتفعت تركيبات الألواح الشمسية ارتفاعًا كبيرًا، حيث نمت بنسبة 80% في عام 2023 مقارنة بعام 2022، وفقًا لشركة Wood Mackenzie، وهي شركة متخصصة في البيانات والتحليلات الخاصة بالتحول إلى الطاقة النظيفة. كانت الطاقة الشمسية هي المصدر الأسرع نموًا للكهرباء في عام 2023 للعام التاسع عشر على التوالي، وفقًا لتقرير مؤسسة Ember للأبحاث المناخية لعام 2024 عن الكهرباء العالمية.

ومن الدوافع الرئيسية لهذه الطفرة انخفاض تكلفة الطاقة الشمسية، التي أصبح إنتاجها الآن أرخص من أي شكل آخر من أشكال الطاقة، بما في ذلك الوقود الأحفوري. ومن العوامل المهمة الأخرى التي تغذي صعود الطاقة الشمسية كفاءتها المتزايدة في تحويل طاقة الشمس.

لكن مزارع الطاقة الشمسية الأرضية تشغل مساحة كبيرة من الأراضي، وغالباً ما تكون في قلب الصراع بين الصناعة الزراعية والحكومات والشركات التي تقف وراء منشآت الطاقة المتجددة.

ويقول الباحثون في جامعة أكسفورد إن تقنيتهم يمكن أن تقدم حلاً لهذه المشكلة، مع خفض تكاليف الطاقة. لكن وانغ أشار إلى أن مجموعة البحث لا تدعو إلى إنهاء مزارع الطاقة الشمسية.

وقال لشبكة سي إن إن: "لن أقول إننا نريد القضاء على مزارع الطاقة الشمسية لأنه من الواضح أننا بحاجة إلى الكثير من المساحات أو الأسطح لتوليد كمية كافية من الطاقة الشمسية".

ومع ذلك، هناك مشكلة مستمرة مع البيروفسكايت، وهي الثبات، الأمر الذي منع مطوريها من تسويق هذه التكنولوجيا. فقد ذابت بعض الطلاءات في المختبر أو تكسرت على مدى فترات زمنية طويلة، لذلك تعتبر أقل ثباتاً من الألواح الشمسية الحالية. ويعمل العلماء على تحسين عمرها الافتراضي.

وقال هنري سنايث، الباحث الرئيسي في فريق أكسفورد، إن عملهم له إمكانات تجارية قوية ويمكن استخدامه في صناعات مثل البناء وتصنيع السيارات.

وأضاف قائلاً: "يمكن أن تصبح أحدث الابتكارات في المواد والتقنيات الشمسية التي تم عرضها في مختبراتنا منصة لصناعة جديدة، حيث يمكن تصنيع مواد لتوليد الطاقة الشمسية بشكل أكثر استدامة وبتكلفة أقل باستخدام المباني والمركبات والأشياء الموجودة حالياً".

ويشغل سنايث أيضًا منصب رئيس شركة أكسفورد الكهروضوئية، وهي شركة منبثقة عن فيزياء جامعة أكسفورد، والتي بدأت مؤخرًا في تصنيع ألواح البيروفسكايت الشمسية على نطاق واسع في مصنعها في ألمانيا.