حصد الطاقة من العدم
مصر: ايهاب محمد زايد
يجد العلماء طريقة لحصد الطاقة النظيفة من لا شيء سوى الهواء
لقد أظهر المهندسون شيئًا رائعًا. يمكن استخدام أي مادة تقريبًا لإنشاء جهاز يحصد الطاقة باستمرار من الهواء الرطب.
إنه ليس تطورًا جاهزًا للتطبيق العملي ، لكنه ، كما يقول منشئوه ، يتجاوز بعض القيود المفروضة على آلات الحصاد الأخرى. كل المواد التي تحتاجها يجب أن تكون مثقوبة بمسام نانوية قطرها أقل من 100 نانومتر. هذا يمثل حوالي جزء من الألف من عرض شعرة الإنسان ، لذلك القول أسهل من الفعل ولكنه أبسط بكثير مما كان متوقعًا.
يمكن لمثل هذه المواد أن تحصد الكهرباء الناتجة عن قطرات الماء المجهرية في الهواء الرطب ، وفقًا لفريق بقيادة المهندس Xiaomeng Liu من جامعة ماساتشوستس أمهيرست.
لقد أطلقوا على اكتشافهم “تأثير جين الهواء العام”.
يقول المهندس Jun Yao من UMass Amherst : “يحتوي الهواء على كمية هائلة من الكهرباء” .
“فكر في السحابة ، التي ليست أكثر من كتلة من قطرات الماء. تحتوي كل واحدة من هذه القطرات على شحنة ، وعندما تكون الظروف مناسبة ، يمكن للسحابة إنتاج صاعقة البرق – لكننا لا نعرف كيفية التقاط الكهرباء بشكل موثوق من البرق. ما فعلناه هو إنشاء سحابة صغيرة الحجم من صنع الإنسان تنتج الكهرباء لنا بشكل متوقع ومستمر حتى نتمكن من حصادها. “
إذا كان المولد الهوائي يبدو مألوفًا ، فذلك لأن الفريق طور سابقًا آلة حصاد للطاقة الهوائية. ومع ذلك ، اعتمد أجهزتهم السابقة على أسلاك نانوية بروتينية نمت بواسطة بكتيريا تسمى Geobacter sulfurreducens .
حسنًا ، كما اتضح ، البكتيريا ليست ضرورية.
“ما أدركناه بعد اكتشاف Geobacter هو أن القدرة على توليد الكهرباء من الهواء – وهو ما أطلقنا عليه فيما بعد” تأثير جين الهواء “- تبين أنه عام: حرفياً ، يمكن لأي نوع من المواد أن يحصد الكهرباء من الهواء ، مثل ما دام لها خاصية معينة ، ” يشرح ياو .
هذه الخاصية هي المسام النانوية ، وحجمها يعتمد على المسار المتوسط الحر لجزيئات الماء في الهواء الرطب. هذه هي المسافة التي يمكن أن يقطعها جزيء الماء في الهواء قبل أن يصطدم بجزيء ماء آخر.
يتكون جهاز Air-gen العام من غشاء رقيق من مادة ، مثل السليلوز أو بروتين الحرير أو أكسيد الجرافين . يمكن لجزيئات الماء الموجودة في الهواء أن تدخل بسهولة إلى المسام النانوية وتنتقل من أعلى الفيلم إلى أسفله ، لكنها تصطدم بجوانب المسام أثناء انتقالها.
هذه عمليات النقل شحنة إلى المادة ، مما ينتج عنه تراكم ، ولأن المزيد من جزيئات الماء تتسرب إلى الجزء العلوي من الفيلم ، يحدث عدم توازن في الشحن بين الجانبين.
ينتج عن هذا تأثير مشابه لما نراه في السحب المنتجة للبرق: يؤدي ارتفاع الهواء إلى حدوث المزيد من الاصطدامات بين قطرات الماء في الجزء العلوي من السحابة ، مما يؤدي إلى زيادة الشحنة الموجبة في السحب الأعلى وزيادة الشحنة السالبة في السحب السفلية.
في هذه الحالة ، يمكن إعادة توجيه الشحنة لتشغيل الأجهزة الصغيرة أو تخزينها في بطارية من نوع ما.
في الوقت الحالي ، لا يزال هذا في مراحله الأولى. كان لفيلم السليلوز الذي اختبره الفريق ناتج جهد تلقائي يبلغ 260 ملي فولت في البيئة المحيطة ، بينما يتطلب الهاتف المحمول خرج جهد يبلغ حوالي 5 فولت. لكن رقة الأفلام تعني أنه يمكن تكديسها لتوسيع نطاق أجهزة Air-gen لجعلها أكثر قابلية للتطبيق من الناحية العملية.
ويقول الباحثون إن حقيقة أنها يمكن تصنيعها من مواد مختلفة تعني أنه يمكن تكييف الأجهزة مع البيئة التي سيتم استخدامها فيها.
يقول ياو : “الفكرة بسيطة ، لكنها لم تُكتشف من قبل ، وهي تفتح جميع أنواع الاحتمالات” . “يمكنك أن تتخيل حصادات مصنوعة من نوع واحد من المواد لبيئات الغابات المطيرة ، وآخر للمناطق القاحلة.”
ستكون الخطوة التالية هي اختبار الأجهزة في بيئات مختلفة والعمل أيضًا على توسيع نطاقها. لكن تأثير جين الهواء العام حقيقي ، والإمكانيات التي يمثلها تبعث على الأمل.
يقول ليو : “هذا مثير للغاية” . “نحن نفتح بابًا واسعًا لحصاد الكهرباء النظيفة من الهواء”.
تم نشر البحث في Advanced Materials .
