تقنية جديدة لتوليد الكهرباء من الرطوبة في الهواء

طور علماء في جامعة ماساتشوستس أمهيرست الأمريكية جهازاً يستخدم بروتيناً طبيعياً لتوليد الكهرباء من الرطوبة في الهواء.

يقول الباحثون «إن هذه التقنية الجديدة يمكن أن يكون لها آثار مهمة على مستقبل الطاقة المتجددة وتغير المناخ ومستقبل الطب».

وقد ابتكرا كل من المهندس الكيميائي جون ياو وعالم الأحياء المجهرية ديريك لوفلي، جهازاً يطلق عليه «إيرجن»، وهو مولد يعمل بالهواء، ويتم توصيل أقطابه الكهربائية بطريقة يتم فيها توليد الكهرباء من بخار الماء الموجود بشكل طبيعي في الغلاف الجوي.

ويقول ياو «نحن ننتج الكهرباء حرفياً من الرطوبة الجوية، ويولد جهاز إيرجن طاقة نظيفة على مدى 24 ساعة 7 أيام في الأسبوع».

التكنولوجيا الجديدة المطورة في مختبر ياو غير ملوثة للهواء ومتجددة ومنخفضة التكلفة، ويمكنها توليد الطاقة حتى في المناطق ذات الرطوبة المنخفضة للغاية مثل الصحراء الكبرى.

ويضيف لوفلي إن الجهاز يتمتع بمزايا كبيرة، مقارنة بأشكال أخرى من الطاقة المتجددة، بما في ذلك الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، لأنه على عكس هذه المصادر الأخرى للطاقة المتجددة، لا يحتاج إيرجن إلى أشعة الشمس أو الرياح.

ولا يحتاج أيرجن سوى إلى طبقة رقيقة من أسلاك البروتين النانوية التي تقل سماكتها عن 10 ميكرون. ويمتص الجهاز بخار الماء من الجو، وباستخدام مزيج من التوصيل الكهربائي والكيميائي للأسلاك البروتينية، إلى جانب المسام الدقيقة بين الأسلاك النانوية داخل الفيلم، يتم توليد الكهرباء بين القطبين.

للمزيد من المعلومات عن شركات الاسلاك اضغط هنا

ويملك الجيل الحالي من الجهاز القدرة على تشغيل الإلكترونيات الصغيرة، وتشمل الخطوة التالية إنتاج جيل جديد من إير جن قادر على تشغيل الاجهزة القابلة للارتداء، مثل الأساور والساعات الذكية، مما يلغي الحاجة إلى البطاريات.

 “كائن رواسب” غريب يمكنه أن يفعل أشياء لم يسبق لها مثيل في البكتيريا.

تم ملاحظة هذا الميكروب غير العادي ، الذي ينتمي إلى  جنس Geobacter  ، لأول مرة لقدرته على إنتاج المغنتيت في غياب الأكسجين ، ولكن مع مرور الوقت وجد العلماء أنه يمكن أن يصنع أشياء أخرى أيضًا، مثل الأسلاك النانوية البكتيرية التي تنقل الكهرباء.

منذ سنوات ، يحاول الباحثون اكتشاف طرق لاستغلال هذه الهدية الطبيعية بشكل مفيد ، وقد يكونوا قد وصلوا إلى الأمر باستخدام جهاز يسمونه Air-gen.

يقول المهندس الكهربائي جون ياو من جامعة ماساتشوستس في أمهرست: “نحن ننتج الكهرباء حرفيًا عن الهواء ” “Air-gen يولد طاقة نظيفة”

قد يبدو الادعاء وكأنه مبالغة ، لكن دراسة جديدة أجراها ياو وفريقه تصف كيف يمكن للمولد الذي يعمل بالهواء أن يولد الكهرباء بدون أي شيء سوى وجود الهواء المحيط به. كل ذلك بفضل أسلاك البروتين الموصلة كهربائيا التي تنتجها  Geobacter   G. sulfurreducens ،  في هذه الحالة).

يتكون Air-gen من فيلم رقيق من أسلاك البروتين التي يبلغ سمكها 7 ميكرومتر فقط ، ويتم وضعه بين قطبين ، ولكنه يتعرض أيضًا للهواء.

بسبب هذا التعرض ، فإن فيلم أسلاك متناهية الصغر قادر على امتصاص  بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي ، مما يتيح للجهاز توليد تيار كهربائي مستمر يجري بين القطبين.

يقول الفريق إنه من المحتمل أن يتم إنشاء الشحنة بواسطة تدرج للرطوبة يؤدي إلى انتشار البروتونات في المادة متناهية الصغر.

يوضح الباحثون في دراستهم: “من المتوقع أن يؤدي نشر الشحنة هذا إلى توليد مجال كهربائي موازن أو احتمال مشابه لإمكانات غشاء الراحة في الأنظمة البيولوجية” .

“إن التدرج المستمر للرطوبة ، والذي يختلف اختلافًا جوهريًا عن أي شيء شوهد في الأنظمة السابقة ، يفسر خرج الجهد المستمر من جهاز أسلاك متناهية الصغر لدينا.”

تم الاكتشاف بالصدفة تقريبًا ، عندما لاحظ ياو أن الأجهزة التي كان يجري تجربتها كانت تقوم بتوصيل الكهرباء على ما يبدو من تلقاء نفسها.

يقول ياو: “رأيت أنه عندما تم الاتصال بالأسلاك المتناهية الصغر مع أقطاب كهربائية بطريقة محددة ، أنتجت الأجهزة تيارًا” .

“لقد وجدت أن التعرض للرطوبة في الجو كان ضروريًا وأن أسلاك البروتينات الممتصة تمتص الماء ، مما ينتج تدرجًا في الجهد عبر الجهاز.”

أظهرت الأبحاث السابقة توليد الطاقة الكهرومائية باستخدام أنواع أخرى من المواد متناهية الصغر – مثل الجرافين – ولكن هذه المحاولات أنتجت إلى حد كبير فقط رشقات نارية قصيرة من الكهرباء ، ربما استغرقت ثوانٍ فقط.

على النقيض من ذلك ، ينتج Air-gen جهدًا ثابتًا يبلغ حوالي 0.5 فولت ، بكثافة حالية تبلغ حوالي 17 ميكرومتر لكل سنتيمتر مربع. هذه ليست طاقة كبيرة ، لكن الفريق يقول إن توصيل أجهزة متعددة يمكن أن يولد طاقة كافية لشحن الأجهزة الصغيرة مثل الهواتف الذكية وغيرها من الأجهزة الإلكترونية الشخصية – كل ذلك بدون هدر ، ولا يستخدم سوى الرطوبة المحيطة (حتى في المناطق الجافة مثل صحراء) .

يقول ياو: “الهدف النهائي هو إنشاء أنظمة واسعة النطاق” ، موضحًا أن الجهود المستقبلية يمكن أن تستخدم التكنولوجيا لتشغيل المنازل عبر أسلاك متناهية الصغر مدمجة في طلاء الجدران.

“بمجرد أن نصل إلى النطاق الصناعي لإنتاج الأسلاك ، أتوقع تمامًا أن نتمكن من إنشاء أنظمة كبيرة تسهم بشكل كبير في الإنتاج المستدام للطاقة”.

إذا كان هناك عائق أمام تحقيق هذه الإمكانات التي لا تصدق على ما يبدو ، فهذه هي الكمية المحدودة التي تنتجها الأسلاك النانوية G. sulfurreducens .

اظهر المزيد

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى
error: Content is protected !!