اختراق في خلايا الوقود الهيدروجينية قد يُحوّل مراكز البيانات إلى محطات طاقة نظيفة

كشف باحثون من جامعة واشنطن في سانت لويس عن قفزة نوعية في تقنية خلايا الوقود الهيدروجينية قد تُغيّر قواعد اللعبة في مجال إمداد مراكز البيانات بالكهرباء النظيفة. ويتمحور الإنجاز حول تصميم جديد لبنية الكربون النانوي يُقلّص كميات البلاتين المطلوبة مع الحفاظ على مستويات استثنائية من الكفاءة والاستدامة.

لطالما شكّل البلاتين عقبةً رئيسية أمام الانتشار الواسع لخلايا الوقود. فهو أفضل محفّز معروف لتفاعل اختزال الأكسجين الذي يُولّد الكهرباء، لكنه في الوقت ذاته من أندر عناصر القشرة الأرضية وأغلاها ثمناً. كما تميل جسيمات البلاتين النانوية إلى التكتّل وفقدان فاعليتها مع تكرار دورات التشغيل مما يُقصّر عمر خلايا الوقود.

الحل الذي ابتكره باحثو واشنطن يعتمد على تصميم دعامة كربونية مجوّفة بقنوات نانوية شعاعية منظّمة. هذه القنوات الدقيقة تحتجز جسيمات البلاتين والكوبالت النانوية في مواضعها المحددة وتمنعها من التكتّل، حتى عند درجات حرارة تصل إلى 1000 درجة مئوية. وقد خضع النظام الجديد لاختبارات مكثّفة تضمنت 150 ألف دورة كهربية قسرية تُحاكي سنوات طويلة من الاستخدام الفعلي؛ فاحتفظت الخلية بـ 85% من أدائها الأصلي، وهو معدّل يفوق المتطلبات القياسية للصناعة. ويُقدّر الباحثون عمر التشغيل المتوقع بنحو 25 ألف ساعة متواصلة.

تُقدّر التقارير أن مراكز البيانات الأمريكية تستهلك نحو 4% من إجمالي الاستهلاك الكهربائي الوطني، مع توقعات بأن يرتفع هذا الرقم إلى 9% بحلول 2030 مدفوعاً بنمو تطبيقات الذكاء الاصطناعي. وتوليد الكهرباء في موقع مراكز البيانات ذاتها سيُخفّف الضغط على شبكات الكهرباء ويُقلّل التكاليف التشغيلية على المدى البعيد.

تمتلك خلايا الوقود الهيدروجينية ميزة جوهرية على بطاريات التخزين: قدرتها على توليد الكهرباء بشكل متواصل طالما توفّر الهيدروجين، دون التدهور المرتبط بدورات الشحن والتفريغ. ويُشير الباحثون إلى أن البنية الجديدة تُحقق التوازن الصعب: جسيمات نانوية صغيرة كافية لتحقيق نشاط تحفيزي عالٍ، ومثبّتة بما يكفي لتحمّل ظروف التشغيل القاسية.

تتصل هذه التقنية بأولويات استراتيجية رفيعة في الوطن العربي حيث تتمركز بعض أكبر مشاريع الهيدروجين الأخضر في العالم. فمشروع نيوم في المملكة العربية السعودية يضمّ مصنع هيدروجين أخضر ضخماً بمشاركة ACWA Power وAir Products من المتوقع أن ينتج يومياً ما يصل إلى 600 طن من الأمونيا المشتقة من الهيدروجين. كذلك أطلقت الإمارات العربية المتحدة استراتيجيتها الوطنية للهيدروجين بهدف الوصول إلى حصة 25% في أسواق الهيدروجين العالمية بحلول 2030. وإذا نجح استخدام خلايا الوقود الهيدروجينية في تشغيل مراكز البيانات تجارياً، فإن ذلك سيفتح أمام دول المنطقة آفاقاً لبناء بنية رقمية وحوسبة سحابية مستدامة تُغذّيها طاقة هيدروجين محلية الإنتاج، مما يُعزّز الاستدامة ويُقلّص الاعتماد على الوقود الأحفوري في قطاع التكنولوجيا المتنامي.

لا تقتصر تطبيقات هذا الاكتشاف على مراكز البيانات، بل تمتد لتشمل مركبات خلايا الوقود وتوليد الكهرباء الصناعي ومحطات الطاقة الموزّعة. وينتظر الباحثون تمويلاً لاختبار التطبيقات على نطاق أوسع، في خطوة قد تُقرّب خلايا الوقود الهيدروجينية من التطبيق التجاري الكامل وتُسهم في تسريع التحول نحو مصادر الطاقة النظيفة.