من دون الحاجة إلى بطاريات أو خلايا شمسية أو رياح، يبدو أنه مصدر جديد لإنتاج الطاقة الكهربية.

قام مهندسون من معهد ماساتشوستس للتقنية بإحداث تغيرات في درجات الحرارة الكبيرة والصغيرة مثل التي تحدث حولنا في كل وقت مما ساعد العلماء على بناء آلة يمكنها تحويل تلك التقلبات إلى كهرباء وأجهزة استشعار محتملة تعمل بالطاقة وأجهزة اتصالات من الهواء الرقيق.

يتم حصد الطاقة –إن صح التعبير- من خلال ما يسمى مولد الرنين الحراري thermal resonator : وهو جهاز يلتقط الحرارة على أحد جوانبه ويشعها من الجانب الآخر. و يحاول كلا الجانبين الوصول إلى حالة التوازن، ويمكن صيد الطاقة باستخدام عملية الكهروحرارية (انتقال الحرارة بتأثير تدفق الإليكترونات).

وفقا لفريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، فإن مولد الرنين الحراري الجديد يمكن أن يبقي أجهزة الاستشعار عن بعد أو أي أجهزة خارج الشبكة الكهربائية مدعومًا لسنوات، فقط باستخدام تقلبات درجة الحرارة المعتادة- مثل التي تحدث نتيجة تقلب الليل والنهار، على سبيل المثال -.

يقول مايكل سترانو Michael Strano وهو أحد الباحثين: «لقد اخترعنا هذا المفهوم بأصالة كاملة. لقد بنينا أول مولد رنين حراري ».

«يمكنك أن تجلس على مكتب وتولد الطاقة من اللاشيء، نحن محاطون بتقلبات في درجات حرارة من جميع الترددات المختلفة في كل وقت، وهو مصدر غير مستغل للطاقة».

لقد تمت تجربة توليد الطاقة من التغيرات في درجة الحرارة من قبل من خلال تقنيات مختلفة مثل الكهرباء الحرارية للمواد – قدرة بعض المواد على انتاج جهد كهربائي بانتقال الحرارة منها أو إليها – ، لكن هذه الطريقة الجديدة أكثر كفاءة من الجهود السابقة كما أنها تعد الطريقة الأولى التي يمكن التحكم فيها للتكيف مع فترات محددة من تغير درجة الحرارة.

كان فريق من العلماء قد أحرز تقدما في مزج المواد المستخدمة لتصنيع مولد الرنين الحراري: رغوة معدنية، والجرافين، ونوع خاص من الشمع اسمه أوكتاديكان octadecane، والذي تتغير حالته بين الحالة الصلبة والسائلة كلما تغيرت درجة الحرارة صعودا وهبوطا – تقنيا تسمى بمواد المراحل المتغيرة-.

مما يعطي الجهاز الجديد المستوى الأمثل من الكفاءة الحرارية – مزيج من التوصيل الحراري (مدى سرعة انتشار الحرارة في المادة) والقدرة الحرارية (كم الطاقة الحرارية التي تختزنها المادة). عادة، المواد التي توصل الحرارة بشكل سريع لا تخزن الحرارة بشكل جيد، والعكس صحيح.

عندما تم اختبار عينة صغيرة من المواد بفارق درجة الحرارة 10 درجة مئوية (18 درجة فهرنهايت) بين الليل والنهار، أنتجت جهدا كهربيا 350 مللي فولت و 1.3 مللي واط من الطاقة، وهو ما يكفي للحفاظ على أجهزة الاستشعار الصغيرة أو نظم الاتصالات تعمل – دون الحاجة لبطاريات أو مصادر طاقة أخرى.

وفقا لمصنعيها يمكن لمولدالرنين الحراري العمل في أي نوع من الظروف الجوية، وحتى في الظل، طالما هناك تغيرات في درجة الحرارة المحيطة. و يمكن تركيبها تحت الألواح الشمسية –لحصد- الحرارة الزائدة.

يريد الفريق في الخطوة التالية اختباره على أنواع أخرى من تقلبات درجات الحرارة: مثل دورة التبريد في الثلاجات، أو الآلات في المنشآت الصناعية. أحد الاستخدامات المحتملة هو نظام الطاقة الاحتياطي الذي يمكن أن يحافظ على التيار الكهربي إذا حدث عطل أو فشل في مصادر الطاقة العادية.

إن نجاح هذه التكنولوجيا قد يدعم المركبات التي يتم إرسالها لاستكشاف الكواكب ، مستفيدا من تغير درجات الحرارة التي يدعمها تعاقب الليل والنهار يمكن أن تبقي بطاريات هذه المركبات مشحونة. إن الطاقة التي تتنجها هذه التكنولوجيا الجدية قد لا تكون قوية كفاية للتخلي تماما عن البطاريات أو الشبكات الكهربية ، لكنها قد تساهم في سيناريوهات عديدة لدعم الطاقة.

يمكن الآن للعلماء إجراء المزيد من البحوث حول أين يمكن العثور على التقلبات المثلى في درجة الحرارة .

يقول سترانو: «نحن محاطون بالتغيرات والتقلبات في درجة الحرارة لكن لم يتم تمييزها جيدا في البيئة».

  • ترجمة : مصطفى العدوي.
  • تدقيق: بدر الفراك
  • تحرير: رؤى درخباني

المصدر