تويت
قبل أن يبني البشر ألواح شمسية تحول الضوء إلى كهرباء ، وربما قبل أن تخزنه النباتات بهيئة طاقة كيميائية، كانت الصخور تفعل الشيء ذاته. عثر على أول الأمثلة للتحويل الطبيعي ولكن غير البيولوجي للضوء إلى كهرباء، وفي الحقيقة يبدو أنه شائع الحدوث، فهو يحدث على الطبقات السطحية للصخور الموجودة في الصحارى الصينية. حتى أن هذه العملية قد تؤدي دورًا مهمًا في جعل الأرض صالحة للسكن.
تحتوي العديد من الصخور الصحراوية على طبقات رقيقة من الحديد والمنغنيز. أثناء فحص عينات من صحراء جوبي (Gobi desert) تحت ضوء ساطع، وجد البروفيسور أنهوي لو (Anhuai Lu) من جامعة بيكينغ (Peking University) تيارات كهربائية على السطح، ولكن فقط ضمن محيط ترسبات من هذه المعادن.
وكلما ضعف الضوء، قل التيار، ما يدل على أن الطبقات تحول الضوء إلى كهرباء (الفوتونات إلى إلكترونات متحركة)، وأيضًا الطبقات مستقرة تمامًا؛ لذلك ربما يستمر توليد التيار طوال اليوم.
ومع ذلك، إذا علقت في الصحراء فلا تتخيل أنه يمكنك شحن هاتفك من الصخور ببطارية مسطحة. التيارات صغيرة، حتى عندما تتعرض الصخور لضوء أٌشد بعدة مرات من الشمس، كما يقول أنهوي لو في مجلة أحداث الأكاديمية الوطنية للعلوم (Proceedings of the National Academy of Sciences).
يحول أقل من جزء من عشر آلاف (1/10,000) من فوتونات ضوء الشمس إلى إلكترونات متحركة عن طريق الطبقات الغنية بالمنغنيز، وتلك الغنية بالحديد وحده تحول نسبة أقل وأسوأ من ذلك. وهذا مقارنة بالخلايا الشمسية التجارية، التي تقترب من نسبة تحويل 100% عند الأطوال الموجية المناسبة.
من ناحية أخرى، إذا كانت هذه الطبقات الطلائية تغطي الكثير من 35 مليون كيلومتر مربع (13 مليون ميل مربع) من الصحارى في أنحاء العالم، فذلك قد يجعل الآثار التراكمية كبيرة. قد لا يكون لدى البشر أي وسيلة لتسخير هذا المورد، لكن البكتيريا الكهروضوئية هي مسألة مختلفة. حفز باحثون آخرون نمو نوع محدد من البكتيريا باستخدام معادن تحول ضوء الشمس إلى كهرباء.
هناك دائمًا أمل بأن اكتشافات كهذه يمكن أن تؤدي بالبحث عن ألواح شمسية أفضل إلى مسارات جديدة وأفضل. قد يكون هذا أملًا عقيمًا بالنظر إلى الكفاءة المنخفضة، لكن قد يكون للنتائج استخدامات أخرى.
يعتقد أنهوي لو أن بعض البكتيريا تتغذى من هذه التيارات، تسحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتحوله إلى أسيتات أو خلات (acetate)، على الرغم من أننا لا نعرف بعد إذا ما كان هذا يمثل تصريفًا كبيرًا للكربون.
ووجد أن تراكيز المنغنيز في هذه الطبقات الرقيقة يمكن أن تكون أكثر 100 مرة من تلك في جسم الصخور، ولكن فقط على الأسطح المعرضة لأشعة الشمس.
أظهرت التجارب أن الطبقات الغنية بالمنغنيز تنمو بسرعة تحت ضوء قوي مرئي أو فوق بنفسجي، ولكن ببطء إن وجد، وفي الظل، وبالتالي يمكن أن تكون هناك دورة يحفز فيها ضوء الشمس الطبقات الطلائية الغنية بالمنغنيز، ما يزيد من إنتاج الطاقة. تحتوي هذه الطبقات الغنية بالمنغنيز على كمون كيميائي كافٍ لتحويل الماء إلى أكسجين، مع أننا لا نعرف مدى أهمية ذلك على المستوى العالمي.
تحتوي العديد من الصخور الصحراوية على طبقات رقيقة من الحديد والمنغنيز. أثناء فحص عينات من صحراء جوبي (Gobi desert) تحت ضوء ساطع، وجد البروفيسور أنهوي لو (Anhuai Lu) من جامعة بيكينغ (Peking University) تيارات كهربائية على السطح، ولكن فقط ضمن محيط ترسبات من هذه المعادن.
وكلما ضعف الضوء، قل التيار، ما يدل على أن الطبقات تحول الضوء إلى كهرباء (الفوتونات إلى إلكترونات متحركة)، وأيضًا الطبقات مستقرة تمامًا؛ لذلك ربما يستمر توليد التيار طوال اليوم.
ومع ذلك، إذا علقت في الصحراء فلا تتخيل أنه يمكنك شحن هاتفك من الصخور ببطارية مسطحة. التيارات صغيرة، حتى عندما تتعرض الصخور لضوء أٌشد بعدة مرات من الشمس، كما يقول أنهوي لو في مجلة أحداث الأكاديمية الوطنية للعلوم (Proceedings of the National Academy of Sciences).
يحول أقل من جزء من عشر آلاف (1/10,000) من فوتونات ضوء الشمس إلى إلكترونات متحركة عن طريق الطبقات الغنية بالمنغنيز، وتلك الغنية بالحديد وحده تحول نسبة أقل وأسوأ من ذلك. وهذا مقارنة بالخلايا الشمسية التجارية، التي تقترب من نسبة تحويل 100% عند الأطوال الموجية المناسبة.
من ناحية أخرى، إذا كانت هذه الطبقات الطلائية تغطي الكثير من 35 مليون كيلومتر مربع (13 مليون ميل مربع) من الصحارى في أنحاء العالم، فذلك قد يجعل الآثار التراكمية كبيرة. قد لا يكون لدى البشر أي وسيلة لتسخير هذا المورد، لكن البكتيريا الكهروضوئية هي مسألة مختلفة. حفز باحثون آخرون نمو نوع محدد من البكتيريا باستخدام معادن تحول ضوء الشمس إلى كهرباء.
هناك دائمًا أمل بأن اكتشافات كهذه يمكن أن تؤدي بالبحث عن ألواح شمسية أفضل إلى مسارات جديدة وأفضل. قد يكون هذا أملًا عقيمًا بالنظر إلى الكفاءة المنخفضة، لكن قد يكون للنتائج استخدامات أخرى.
يعتقد أنهوي لو أن بعض البكتيريا تتغذى من هذه التيارات، تسحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتحوله إلى أسيتات أو خلات (acetate)، على الرغم من أننا لا نعرف بعد إذا ما كان هذا يمثل تصريفًا كبيرًا للكربون.
ووجد أن تراكيز المنغنيز في هذه الطبقات الرقيقة يمكن أن تكون أكثر 100 مرة من تلك في جسم الصخور، ولكن فقط على الأسطح المعرضة لأشعة الشمس.
أظهرت التجارب أن الطبقات الغنية بالمنغنيز تنمو بسرعة تحت ضوء قوي مرئي أو فوق بنفسجي، ولكن ببطء إن وجد، وفي الظل، وبالتالي يمكن أن تكون هناك دورة يحفز فيها ضوء الشمس الطبقات الطلائية الغنية بالمنغنيز، ما يزيد من إنتاج الطاقة. تحتوي هذه الطبقات الغنية بالمنغنيز على كمون كيميائي كافٍ لتحويل الماء إلى أكسجين، مع أننا لا نعرف مدى أهمية ذلك على المستوى العالمي.