تبدیل پنل‌های خورشیدی فرسوده به هیدروژن خالص و مواد باتری ثانویه
پژوهشگران در UNIST فرآیندی مکانوشیمیایی مبتنی بر واکنش آمونیاک-سیلیسیوم را توسعه داده‌اند که با دمای تقریباً ۵۰ درجهٔ سانتی‌گراد، هیدروژن خالص ۱۰۰٪ تولید می‌کند و ضمن آن، سیلیسیم بازگردانده شده از پنل‌های خورشیدی فرسوده را به نیترید سیلیسیم (Si₃N₄) تبدیل می‌کند؛ ماده‌ای ارزشمند برای باتری‌ها.
نکات کلیدی
- فرآیند جدید با افزودن پودر سیلیسیوم و آسیاب گلوله‌ای آمونیاک، در دمای حدود 50°C، هیدروژن خالص تولید می‌کند؛ بدون نیاز به دمای بالا یا پالایش اضافی.
- سیلیسیوم مورد استفاده می‌تواند از پنل‌های خورشیدی فرسوده بازیابی شده باشد و عملکردی مشابه با سیلیسیوم تجاری دارد؛ بنابراین راهکار «پسماند پنل = منبع» شکل می‌گیرد.
- محصول جانبی این واکنش، نیترید سیلیسیم (Si₃N₄)، ماده‌ای ارزشمند برای استفاده در باتری‌های لیتیوم-یون است؛ در آزمایش‌ها ظرفیت ۳۹۱.۵ mAh/g نشان داده و پس از ۱۰۰۰ چرخه بیش از ۸۰٪ کارایی باقی گذاشته است.
- تحلیل اقتصادی اولیه نشان می‌دهد که با ارزش فروش Si₃N₄ حاصل از فرآیند، هزینه تولید هیدروژن می‌تواند به **منفی ۷٫۱۴ دلار به ازای هر کیلوگرم** برسد — یعنی سوددهی بالقوه.
- این فناوری می‌تواند نقش مهمی در مدیریت بیش از ۸۰ میلیون تن پسماند پنل خورشیدی تا سال ۲۰۵۰ داشته باشد و همزمان تولید هیدروژن پاک و مواد باتری را تشویق کند.
متن خبر
پژوهشگران در دانشگاه UNIST کره جنوبی، به سرپرستی پروفسور Jong‑Beom Baek در گروه مهندسی انرژی و شیمیایی، فرآیندی مکانوشیمیایی توسعه داده‌اند که در آن آمونیاک (NH₃) و سیلیسیم (Si) در یک آسیاب گلوله‌ای واکنش می‌دهند، تا هیدروژن تولید شده و نیترید سیلیسیم تشکیل شود. این واکنش در دمای بسیار پایین (~۵۰ °C) انجام می‌شود، در حالی که روش‌های مرسوم برای آزادسازی هیدروژن از آمونیاک نیازمند دماهای ۴۰۰–۶۰۰ °C و مراحل پالایش هستند.
نتایج تجربی نشان داده‌اند که تبدیل آمونیاک به هیدروژن با نرخ ۱۰۲.۵ mmol/h و به خلوص ۱۰۰٪ انجام شده؛ یعنی هیچ نیتروژن یا ناخالصی دیگری در هیدروژن وجود نداشته است. وقتی سیلیسیوم بازیافتی از پنل‌های خورشیدی فرسوده استفاده شده، کارایی مشابهی با سیلیسیوم تجاری داشته است.
نیترید سیلیسیم تولیدشده (Si₃N₄) به‌عنوان مادهٔ آند یا افزودنی در باتری‌های لیتیوم-یون مورد آزمایش قرار گرفته است؛ به ظرفیت ۳۹۱.۵ mAh/g دست یافته و پس از ۱۰۰۰ چرخه بیش از ۸۰٪ از ظرفیت اولیه را حفظ کرده است.
تحلیل اقتصادی اولیه حاکی از آن است که با احتساب فروش Si₃N₄، هزینه تولید هیدروژن می‌تواند به رقم منفی -7.14 دلار به ازای هر کیلوگرم برسد، یعنی فرآیند نه تنها زیان نیست بلکه سودآور نیز هست.
