الألواح الشمسية بتقنية «الطباعة النافثة للحبر» تستعد لإحداث ثورة في الطاقة الخضراء

ماذا لو أمكن يوماً ما تزويد جميع المباني بنوافذ وواجهات تلبي كل احتياجات الهيكل من الطاقة، سواء في المطر أو تحت أشعة الشمس؟ هذا الحلم المتعلق بالاستدامة أصبح اليوم أقرب خطوة إلى التحول لواقع بفضل الفيزيائية وسيدة الأعمال البولندية أولغا مالينكيفيتش. فقد طورت الباحثة البالغة من العمر 36 عاماً طريقة مبتكرة للطباعة النافثة للحبر لمعالجة البيروفسكايت - وهو جيل جديد من الخلايا الشمسية الأرخص ثمناً - مما يجعل من الممكن إنتاج الألواح الشمسية في درجات حرارة منخفضة، وبالتالي تقليل التكاليف بشكل حاد.

في الواقع، يرى بعض الخبراء أن تقنية البيروفسكايت في طريقها لإحداث ثورة في الوصول إلى الطاقة الشمسية للجميع، نظراً لخصائصها الفيزيائية المدهشة. وقال محمد خواجة نذير الدين، الأستاذ في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان، وهي مؤسسة رائدة في أبحاث الطاقة الشمسية: "في رأينا، تمتلك خلايا البيروفسكايت الشمسية القدرة على معالجة فقر الطاقة في العالم".

الألواح الشمسية المطلية بهذا المعدن خفيفة ومرنة وفعالة وغير مكلفة وتأتي بألوان ودرجات شفافية متفاوتة. ويمكن تثبيتها بسهولة على أي سطح تقريباً - سواء كان جهاز كمبيوتر محمولاً أو سيارة أو طائرة بدون طيار أو مركبة فضائية أو مبنى - لتوليد الكهرباء، بما في ذلك في الظل أو في الداخل.

وعلى الرغم من أن الإثارة حولها جديدة، إلا أن البيروفسكايت معروف للعلم منذ عام 1830 على الأقل، عندما تم تحديده لأول مرة من قبل عالم المعادن الألماني غوستاف روز أثناء التنقيب في جبال الأورال، وسُمي تيمناً بعالم المعادن الروسي ليف بيروفسكي. وفي العقود التالية، أصبح تصنيع الهيكل الذري للبيروفسكايت أسهل. ولكن لم يكتشف الباحث الياباني تسوتومو مياساكا أن البيروفسكايت يمكن استخدامه لتشكيل خلايا شمسية ضوئية إلا في عام 2009.

«إصابة الهدف»

في البداية كانت العملية معقدة وتتطلب درجات حرارة عالية جداً، لذا لم يكن بالإمكان طلاء سوى المواد التي يمكنها تحمل الحرارة الشديدة - مثل الزجاج - بخلايا البيروفسكايت. وهنا يأتي دور مالينكيفيتش. ففي عام 2013، وبينما كانت لا تزال طالبة دكتوراه في جامعة فالنسيا في إسبانيا، توصلت إلى طريقة لطلاء الرقائق المرنة بالبيروفسكايت باستخدام طريقة التبخير. وفي وقت لاحق، طورت إجراءً للطباعة النافثة للحبر أدى إلى خفض تكاليف الإنتاج بما يكفي لجعل الإنتاج الضخم مجدياً اقتصادياً.

قالت مالينكيفيتش: "كان ذلك إصابة للهدف. الآن لم تعد درجات الحرارة المرتفعة مطلوبة لطلاء الأشياء بطبقة ضوئية". سرعان ما أكسبها اكتشافها مقالاً في مجلة "نيتشر" واهتماماً إعلامياً، بالإضافة إلى جائزة "فوتونيكس 21" لابتكار الطلاب في مسابقة نظمتها المفوضية الأوروبية. كما اختارتها النسخة البولندية من مجلة "إم آي تي تكنولوجي ريفيو" كواحدة من المبتكرين تحت سن 35 عاماً في عام 2015.

واصلت مالينكيفيتش مسيرتها لتشارك في تأسيس شركة "ساولي تكنولوجيز" - التي سميت تيمناً بإلهة الشمس في البلطيق - إلى جانب اثنين من رجال الأعمال البولنديين. كان عليهم تجميع جميع معدات مختبرهم من الصفر، قبل أن ينضم إليهم المستثمر الياباني المليونير هيديو ساوادا. تمتلك الشركة الآن مختبراً فائق الحداثة يضم فريقاً دولياً من الخبراء الشباب، وتقوم ببناء موقع إنتاج على نطاق صناعي.

قالت مالينكيفيتش في مختبرها: "سيكون هذا أول خط إنتاج في العالم يستخدم هذه التكنولوجيا. ستصل قدرته إلى 40 ألف متر مربع من الألواح بحلول نهاية العام و180 ألف متر مربع في العام التالي. لكن هذه مجرد قطرة في محيط من حيث الطلب". وفي نهاية المطاف، يمكن تركيب خطوط إنتاج مدمجة بسهولة في كل مكان، وفقاً للطلب، لتصنيع ألواح شمسية من البيروفسكايت مصممة حسب المقاس.

مبانٍ مكتفية ذاتياً

تختبر مجموعة البناء السويدية "سكانسكا" الألواح المتطورة على واجهة أحد مبانيها في وارسو. كما وقعت شراكة ترخيص مع "ساولي" في ديسمبر للحصول على الحق الحصري لدمج تكنولوجيا الخلايا الشمسية الخاصة بالشركة في مشاريعها في أوروبا والولايات المتحدة وكندا. وقال آدم تارغوفسكي، مدير الاستدامة في "سكانسكا": "تقربنا تكنولوجيا البيروفسكايت من هدف المباني المكتفية ذاتياً من الطاقة".

وأضاف: "لقد أثبتت البيروفسكايت نجاحها حتى على الأسطح التي تتلقى القليل من ضوء الشمس. يمكننا تطبيقها في كل مكان تقريباً. وبفضل شفافيتها المتفاوتة، تلبي الألواح أيضاً متطلبات التصميم. وبفضل مرونتها وتدرجات ألوانها، لا توجد حاجة لإضافة أي عناصر معمارية إضافية". ووفقاً للتقديرات الحالية، فإن لوحاً قياسياً بمساحة 1.3 متر مربع تقريباً، وبتكلفة متوقعة تبلغ 50 يورو (57 دولاراً)، سيوفر طاقة تكفي ليوم عمل واحد في مكتب. وتصر مالينكيفيتش على أن التكلفة الأولية لمنتجاتها ستكون مماثلة للألواح الشمسية التقليدية.

كما يتم اختبار تكنولوجيا البيروفسكايت في فندق باليابان، بالقرب من مدينة ناغاساكي. وهناك خطط أيضاً للإنتاج التجريبي لألواح البيروفسكايت في فاليه بسويسرا وفي ألمانيا تحت رعاية مشروع "أكسفورد فوتوفولتيكس". وقال أسعد رزوق، الرئيس التنفيذي لشركة "سينديكاتوم للطاقة المتجددة" ومقرها سنغافورة، وهي مطور ومشغل لمشاريع الطاقة النظيفة في آسيا: "إن إمكانات التكنولوجيا هائلة بوضوح. فكر فقط في جميع المباني التي يمكن تحديثها في جميع أنحاء العالم!".