تكنولوجيا طاقة ناشئة قد تساعد في دعم المستقبل!

إن تعداد سكان العالم يتجاوز بالفعل 7 مليارات نسمة، وهو الرقم الذي قد يتجاوز 11 مليار نسمة بحلول عام 2100، طبقًا لتوقعات الأمم المتحدة، وهذه الزيادة السكانية -إلى جانب التحديات البيئية- تضع ضغوطًا أكبر على موارد الطاقة التي تعاني مشكلات حقيقية حاليًا، ولكن الباحثين في مجال التكنولوجيا في “جورجيا – Georgia” يطورون مجموعة واسعة من التقنيات لجعل الطاقة أكثر وفرة، كفاءة، وصداقة للبيئة.

سوف نستعرض سويًا تقنيات تقليدية للطاقة للمساعدة على تشغيل كل الأجهزة، بدءًا من أجهزة الاستشعار الصغيرة إلى المنازل والشركات.

1- محرك التحويل “1Na-TECC”

وهو أول الطرق التي سنعرضها هنا، حيث يعمل “شانون يي – Shannon Yee” -الأستاذ المساعد في “كلية الهندسة الميكانيكية جورج دبليو وودروف للتكنولوجيا – George W. Woodruff School of Mechanical Engineering” في جورجيا- على تطوير تكنولوجيا تستفيد من التوسع الحراري للصوديوم والحرارة الشمسية لتوليد الكهرباء بشكل مباشر. إن اسم محرك التحويل الفريد هذا -والمعروف باسم “Na-Tecc”- هو اختصار يجمع بين الرمز الكيميائي للصوديوم والأحرف الأولى من اسم “المحول الحراري الكهربائي الكيميائي – Thermo-Electro-Chemical Converter”، وجدير بالذكر أن هذه التقنية لا تحتوي على أجزاء متحركة.

تعتمد هذه التكنولوجيا على توليد الكهرباء من الحرارة الشمسية، وذلك عن طريق دفع تفاعل أكسدة واختزال الصوديوم حراريًا على الجوانب المقابلة من إلكتروليت صلب. تمر الشحنات الكهربائية الموجبة الناتجة عبر الإلكتروليت الصلب بسبب الجهد الكهروكيميائي الناتج عن تدرج الضغط، بينما تنتقل الإلكترونات خلال حمل خارجي حيث يتم استخراج الطاقة الكهربائية. خلاصة القول، إن هذه العملية الجديدة تؤدي إلى تحسين الكفاءة وتقليل تسرب الحرارة.

2- جيل جديد من “Betavoltaics”

في مشروع آخر، حيث تستخدم مجموعة “Yee” النفايات النووية لإنتاج الطاقة الكهربية -باستثناء المفاعل والأجزاء المتحركة- بتمويل من وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA) وبالتعاون مع “جامعة ستانفورد Stanford University”، عمل الباحثون على تطوير تكنولوجيا مماثلة للأجهزة الكهروضوئية باستثناء واحد كبير؛ فبدلًا من استخدام الفوتونات من الشمس، يستخدم الباحثون إلكترونات عالية الطاقة المنبعثة من المنتجات الثانوية النووية.

3- مولدات مرنة

يعمل الفريق على استخدام البوليمرات في المولدات الكهروحرارية (TEGs)، وهذا توجه مهم لتوفير الطاقة.
عادة ما يتم صنع المولدات الكهربائية الحرارية من أشباه الموصلات غير العضوية، ورغم ذلك فإن البوليمرات تشكل مواد جذابة؛ نظرًا لمرونتها وقابليتها للتوصيل الحراري المنخفض. وتتيح هذه الصفات تصميمات ذكية للأجهزة عالية الأداء التي يمكن تشغيلها بدون تبريد نشط، مما يقلل من تكاليف الإنتاج بشكل كبير.

وفي أحد المشاريع المموَّلة من قِبل مكتب البحث العلمي التابع للقوات الجوية، قام الفريق بوضع مجموعة نصف قطرية من خطوط (TEG) يمكن لفها حول أي أنابيب للمياه الساخنة لتوليد الكهرباء من الحرارة المهدورة. يمكن استخدام هذه المولدات لتشغيل مصادر الضوء، أو شبكات الاستشعار اللاسلكية التي تراقب الظروف البيئية أو المادية، بما في ذلك درجة الحرارة وجودة الهواء.

4- إعادة تدوير الموجات اللاسلكية

حتمًا ستثير هذه التكنولوجيا دهشتك، حيث قام الباحثون بقيادة “مانوس تينزريس – Manos Tentzeris” بتطوير مجمع للطاقة الكهرومغناطيسية يمكنه جمع كمية كافية من الطاقة المحيطة من طيف الترددات اللاسلكية (RF) لتشغيل الأجهزة الخاصة بإنترنت الأشياء (IoT) ومستشعرات البشرة الذكية.

كشف الباحثون عن تقنياتهم في عام 2012، حيث حصدوا عشرات المايكرو واط من قناة تلفزيونية واحدة تعمل عبر (UHF). ومنذ ذلك الحين، زادت قدرة هذه الأجهزة بشكل كبير على جمع الطاقة من قنوات تلفزيونية متعددة، وأجهزة (Wi-Fi)، والأجهزة الخلوية، والأجهزة الإلكترونية المحمولة باليد، مما مكَّن النظام من الحصول على الطاقة.

5- التقاط الاهتزازات الجيدة

في نهج آخر لجمع الطاقة، يتقدم الباحثون -في كلية الهندسة الميكانيكية بجامعة جورجيا للتكنولوجيا- في مجال الطاقة الكهروضغطية، مما يحول الإجهاد الميكانيكي من الاهتزازات المحيطة إلى كهرباء. وقد ظل العلماء يستكشفون هذا المجال لأكثر من عقد من الزمان، ولكن التقنيات لم يتم تسويقها تجاريًا على نطاق واسع، وذلك لأن حصد الطاقة الكهروضغطية يعتمد على الحالة والتطبيق، كما شرح “ألبر إرتورك – Alper Erturk” -الأستاذ المساعد للصوتيات والديناميكيات- الذي يقود مختبر البنية الذكية والأنظمة الديناميكية في جورجيا.

6- وقود من السماء

وفي مشروع آخر مثير للاهتمام، يعمل الباحثون بقيادة “بيتر لوتزيهايزر – Peter Loutzenhiser” على الاستفادة من الطاقة الشمسية لعكس عملية الاحتراق وإنتاج غاز توليفي (خليط من الهيدروجين، وأول أكسيد الكربون، وكميات صغيرة من ثاني أكسيد الكربون)، والذي يمكن تحويله إلى وقود مثل الكيروسين والبنزين. وبدلًا من استخدام الموارد الحفرية لإنتاج الوقود، فإننا نستخدم المنتجات الثانوية للاحتراق (الماء وثاني أكسيد الكربون) لإعادة تنشيط النظام بالشمس.

7- الجيل التالي من محطات الطاقة

يعمل الباحثون في كلية الهندسة الميكانيكية بجامعة جورجيا للتكنولوجيا على الإصلاح الشامل لمحطات الطاقة، وهو ما من شأنه أن يقدم ابتكارات تتراوح بين دورات الطاقة المتجددة إلى مواد البنية الأساسية الجديدة. وفي أحد المشاريع، يجري الآن استبدال البخار بثاني أكسيد الكربون الفائق الأهمية (SCCO2) على هيئة سائل يعمل على تشغيل التوربينات وإنتاج الكهرباء.

يُنتَج (SCCO2) عندما يتعرض ثاني أكسيد الكربون لضغط أعلي من 7.4 ميجا باسكال، ودرجات حرارة أعلى من 31 درجة مئوية. وتوفر هذه الحالة السحرية ما بين السائل والغاز كثافة عالية للسوائل، وموصلية حرارية، وسعة حرارية. ولا يزال هناك الكثير مثل هذه التكنولوجيا، والتي يمكنك الاطلاع عليها من خلال المصدر المُرفَق.

المصادر: 1

كتابة: سمية عبدالقوي

مراجعة: شيماء وصفي

تدقيق لغوي: زياد محمد