عالم فيتنامي يستخدم قشور الأرز لصنع بطاريات قابلة لإعادة الشحن.

Việt Nam•03/08/2023

قام فريق البحث بقيادة الأستاذ المشارك الدكتور لي مي لوان فونغ، باستخدام قشور الأرز، بتصميم مادة لتصنيع بطاريات الليثيوم أيون منخفضة التكلفة.

وقد قاد البحث الأستاذة المشاركة الدكتورة لي مي لوان فونغ، من كلية العلوم بجامعة فيتنام الوطنية في مدينة هو تشي منه (مختبر APCLab)، وزملاؤها منذ عام 2020.

أوضحت أن قشور الأرز تحتوي على نسبة سيليكا (SiO2) متوسطة تبلغ حوالي 10.6%. وهذا عنصر مهم يُستخدم في تصنيع بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن. اقترح الفريق، وحصل على تمويل من صندوق فينغروب للابتكار (VinIF)، إجراء بحث حول عملية تصنيع مواد الأقطاب الكهربائية من قشور الأرز لإنتاج بطاريات ليثيوم أيون تجريبية قابلة لإعادة الشحن بجهد 4 فولت، على شكل خلايا زرية وخلايا كيسية. تُستخدم الخلايا الزرية في الساعات، وأجهزة مراقبة معدل ضربات القلب، وأجهزة الكمبيوتر الشخصية، بينما تُستخدم الخلايا الكيسية في الهواتف وغيرها من الأجهزة الإلكترونية الصغيرة.

يعمل الدكتور فونغ في غرفة مفرغة من الهواء، حيث يقوم بتجميع بطاريات الخلايا الزرية. الصورة: مقدمة من الشخص الذي أجريت معه المقابلة.

حصل فريق البحث على قشور الأرز من منطقة تان ترو (مقاطعة لونغ آن)، ثم غسلها وجففها، وسخّنها لمدة ساعة في جو من الغاز الخامل. طُحنت القشور طحنًا ناعمًا حتى أصبحت رمادًا، ثم خُلطت مع هيدروكسيد البوتاسيوم الصلب. سُخّن هذا المزيج مرة أخرى في جو من الغاز الخامل، ثم طُحن وغُسل. بعد التجفيف، يكون المنتج النهائي مسحوقًا جافًا رماديًا داكنًا، يُعرف أيضًا باسم مادة سيليكات الكربون المركبة (C/SiO2).

طوّر الفريق عملية تصنيع قادرة على إنتاج 350 غرامًا من مادة C/SiO2 من كيلوغرام واحد من قشور الأرز، بسعر بيع يبلغ حوالي 50 دولارًا لكل 1000 غرام. وبعد عامين من الإنتاج التجريبي، أتقن فريق البحث تقنية تجميع بطاريات زرية وبطاريات جيبية كاملة باستخدام مادة C/SiO2 المستخلصة من قشور الأرز.

*رسم تخطيطي لعملية تصنيع مادة السيليكا. الصورة: فريق البحث*

أوضح الأستاذ المشارك فونغ أن مادة السيليكا تتميز ببنية مسامية تسمح لأيونات الليثيوم بالتحرك والتشابك داخلها لتحويلها إلى طاقة كهربائية. ويستغل مختبر APCLab هذه الخاصية لتصميم بنية مناسبة لتطبيقات البطاريات القابلة لإعادة الشحن المختلفة. وبناءً على نوع الطاقة المستخدمة في كل بطارية، يتم تصميم المادة لحساب الكمية المطلوبة. عادةً، لا تتطلب كل بطارية زرية سوى بضع عشرات من المليغرامات من قشور الأرز، بينما تتطلب البطاريات الأكبر حجمًا ما بين 10 و20 غرامًا.

تُصنع معظم البطاريات القابلة لإعادة الشحن المتوفرة حاليًا في السوق من الجرافيت، وهي مادة تُستخرج وتُكرر من خام الفحم. تبلغ تكلفة هذه المادة حوالي 100 دولار لكل 100 غرام، وقد تتسبب عملية استخراجها في تلوث البيئة.

خلص الدكتور فونغ إلى أن مادة السيليكا لديها القدرة على استبدال مادة الجرافيت تمامًا من حيث التكلفة والكفاءة وحماية البيئة. وهذا من شأنه أن يوسع السوق المربح المحتمل لقشور الأرز ويحقق أرباحًا كبيرة للمزارعين.

يخطط فريق البحث مستقبلاً لتحسين المنتج بناءً على التكلفة الاقتصادية . ووفقاً للتقديرات الحالية، يمكن بيع بطاريات الأزرار المصنوعة من قشور الأرز بسعر يتراوح بين 7 و8 دولارات للبطارية الواحدة، وبطاريات الأكياس بسعر 30 دولاراً للبطارية الواحدة.

*يجري إنتاج بطاريات زرية مصنوعة من قشور الأرز على أساس تجريبي. الصورة: فريق البحث*

أوضح الأستاذ المشارك الدكتور نغوين دين كوان، رئيس مختبر الوقود الحيوي والكتلة الحيوية في جامعة التكنولوجيا، جامعة فيتنام الوطنية بمدينة هو تشي منه، أن السيليكا تُعرف بأنها مادة مضافة لأقطاب بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن، وذلك لقدرتها على زيادة سعة البطارية عدة مرات. إلا أن عيبها يكمن في ميل الأقطاب إلى التمدد الحجمي، ولكن يمكن التغلب على هذه المشكلة باستخدام جزيئات السيليكا النانوية. وقد تبنى مختبر APCLab أبحاثًا مماثلة حول العالم لاستخدام السيليكا المُشكّلة من قشور الأرز كمادة مضافة لأقطاب البطاريات. تتوزع السيليكا في قشور الأرز بكثافة منخفضة؛ فعند تحلل قشور الأرز حراريًا، تُشكّل مزيجًا من الكربون المتفحم مع السيليكا النانوية.

"هذه الطريقة بسيطة ولكنها فعالة للغاية، ويمكن أن تساعد دولة منتجة للأرز مثل فيتنام على خلق قيمة مضافة كبيرة إذا نجح مشروع البحث"، كما قال الدكتور كوان.

بحسب الإحصاءات، تعد فيتنام ثاني أكبر منتج للأرز في العالم، حيث يبلغ متوسط إنتاجها المقدر حوالي 44 مليون طن سنوياً، ونسبة قشر الأرز حوالي 20-22%، أو ما يقرب من 9 ملايين طن.

أمضت الأستاذة المشاركة الدكتورة لي ماي لوان فونغ ست سنوات في دراسة وبحث مجال البطاريات القابلة لإعادة الشحن في فرنسا، وتسع سنوات في العمل على مشاريع متعلقة بالبطاريات الكهروكيميائية. دُعيت للمشاركة في أبحاث معهد كيمياء وهندسة المواد بجامعة كيوشو في اليابان، حول الإلكتروليتات المستخدمة في البطاريات وتطوير المواد المتقدمة لها (مشروع أبحاث مواد البطاريات) في مختبر باسيفيك نورث ويست الوطني (الولايات المتحدة الأمريكية). شاركت الدكتورة في تسعة مشاريع بحثية وقادت بعضها، ونشرت 80 مقالة دولية و60 مقالة محلية، وحصلت على العديد من الجوائز والمنح الدراسية القيّمة من منظمات مرموقة.

vnexpress.net