مادة جديدة تنتج الهيدروجين من الماء بالضوء وحده دون محفزات معدنية مكلفة

كشف فريق بحثي من جامعة ولاية أوريغون عن مادة جديدة تحمل اسم BVR-19، قادرة على إنتاج غاز الهيدروجين من الماء بالاعتماد على الطاقة الضوئية وحدها، من دون الحاجة إلى محفز معدني، وهو عنصر كان يُعدّ حتى الآن ضرورياً في معظم عمليات إنتاج الهيدروجين بوساطة الضوء. وتفتح هذه المادة الباب أمام مسار أرخص وأكثر استدامة لإنتاج ما يُعرف بالهيدروجين الأخضر، البديل النظيف لأشكال الهيدروجين التقليدية التي تعتمد على الوقود الأحفوري.

فعلى عكس الطرق الصناعية السائدة اليوم، التي تعتمد غالباً على عملية إصلاح الميثان بالبخار، وهي عملية تستهلك غاز الميثان وتُطلق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون أثناء إنتاج الهيدروجين، تستخدم مادة BVR-19 كيمياء مختلفة تماماً تقوم على مكونات عضوية تحتوي على عنصر الكبريت، قادرة على امتصاص الطاقة الضوئية واستخدامها مباشرة لتحفيز تفكك جزيئات الماء وتحرير الهيدروجين منها.

ويوضح الباحث الرئيسي كيرياكوس ستيليانو من كلية العلوم في جامعة ولاية أوريغون أن المادة تعتمد على اللبنات البنائية العضوية المحتوية على الكبريت لالتقاط طاقة الضوء، وهي آلية مختلفة جذرياً عن الاعتماد التقليدي على معادن ثمينة كالبلاتين أو الروديوم كعوامل محفزة. وتنتمي هذه المادة إلى فئة واسعة من المركبات تُعرف بالإطار العضوي المعدني، وهي مواد بلورية مسامية تتكون من أيونات معدنية مرتبطة بجزيئات عضوية، وتتميز بمساحة سطحية داخلية ضخمة تجعلها مثالية لتخزين الغازات وتحفيز التفاعلات الكيميائية بكفاءة عالية.

ومن اللافت أن هذا الإطار العضوي المعدني الجديد يتشكل تلقائياً في درجة حرارة الغرفة وداخل الماء نفسه، دون الحاجة إلى شروط تصنيع معقدة أو حرارة مرتفعة، وهو ما يسهّل إمكانية إنتاجه على نطاق واسع بتكلفة أقل مقارنة بالمواد المماثلة التي تتطلب ظروف تصنيع دقيقة ومكلفة.

وتكمن أهمية هذا الابتكار في الفارق الكبير بين كلفة الهيدروجين التقليدي، الذي يبلغ سعره نحو 1.5 دولار للكيلوغرام، وكلفة الهيدروجين الأخضر الحالية التي قد تصل إلى نحو 5 دولارات للكيلوغرام، وهو فارق يمثل أحد أكبر العقبات أمام انتشار الهيدروجين الأخضر تجارياً. ويرى الباحثون أن التخلص من الحاجة إلى المحفزات المعدنية الثمينة يمثل خطوة مهمة نحو تضييق هذا الفارق السعري وجعل الهيدروجين النظيف أكثر قدرة على التنافس اقتصادياً مع الهيدروجين التقليدي.

وتندرج هذه المادة ضمن مجال بحثي واسع ومتسارع النمو؛ فحتى الآن تم تصنيع ما يقارب مئة ألف بنية مختلفة من الإطارات العضوية المعدنية، في حين تشير التوقعات الحسابية إلى احتمال وجود نحو نصف مليون بنية إضافية لم تُصنَّع بعد، وهو ما يعني أن مادة BVR-19 قد تكون مجرد نقطة انطلاق لعائلة أوسع من المواد المماثلة القابلة للتحسين والتخصيص لتطبيقات مختلفة.

وتتقاطع هذه الاكتشافات مع أهداف استراتيجية طموحة في المنطقة العربية؛ إذ تسعى المملكة العربية السعودية عبر مشروع نيوم وشركة نيوم للهيدروجين الأخضر إلى إنتاج الهيدروجين النظيف بطاقة صناعية ضخمة تعتمد على الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. وتُراهن الإمارات على مشاريع مصدر لتصبح محوراً إقليمياً لتصدير الهيدروجين النظيف، فيما تتهيأ المغرب لتصدير الهيدروجين الأخضر إلى أوروبا استناداً إلى مواردها الشمسية الهائلة. وقد تُمثّل مادة BVR-19 ومواد مشابهة تليها نقطةَ تحوّل في جعل التحليل الضوئي للماء متاحاً للتطبيق الصناعي التنافسي الذي تحتاج إليه هذه المشاريع الإقليمية.

ويقول الباحثون إن عملهم يقدم خارطة طريق لتصميم مواد أفضل يمكن أن تساهم في خفض تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر، في وقت تتسارع فيه الجهود العالمية لتطوير مصادر طاقة نظيفة بديلة للوقود الأحفوري. ونُشرت تفاصيل الدراسة في مجلة Journal of the American Chemical Society في أكتوبر 2026، ويخطط الفريق البحثي لمواصلة تطوير هذه الفئة من المواد بحثاً عن تركيبات أكثر كفاءة وأقل تكلفة قابلة للتطبيق على نطاق صناعي واسع.