تصوّر أن هنالك جهاز بإمكانه توليد كهرباء بدون استخدام أي شيء سوى الحرارة الموجودة حوله! وعلى الرغم من أن هذا السيناريو يبدو خيالي نوعاً ما، إلا أنه قد أصبح أقرب للحدوث، بفضل البحث الجديد الذي نشر في مجلة Proceedings of the National Academy of Science، حيث تمكن فريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT من تصنيع خلية كهروكيميائية تستخدم الفروق في درجات الحرارة من أجل توليد الكهرباء.
تحتاج الخلية لدرجاتٍ مُنخفضة من الحرارة المهدورة – أقل من 100 درجة مئوية – وذلك كي تتمكن من شحن البطاريات بشكلٍ فعال، وهي خطوة هامة إلى الأمام بالمقارنة مع أجهزة مماثلة و التي تتطلب إما دارة كهربائية خارجية للشحن أو مصادر تُسبب درجات حرارة مرتفعة. وقد قال رئيس شركة الدلتا لإنتاج الكهرباء في تنمية الطاقة المستدامة في جامعة سيدني، أنتوني فاسالو :” إنها فكرة عظيمة أن تكون قادراً على استرداد واستعادة الحرارة المهدورة من أجل توليد طاقة كهربائية مفيدة “.
يتم تحويل الحرارة إلى كهرباء بشحن الخلية عند درجات الحرارة المرتفعة (بحدود 60 درجة مئوية)، وعند تبريد الخلية إلى درجة 15 مئوية، تقوم الخلية بتفريغ الطاقة الكهربائية التي قامت بتخزينها. هنالك ملاحظة أخرى، أنه مع انخفاض درجات الحرارة يكون تفريغ الطاقة من الخلية أكثر من تلك الطاقة التي استعملتها في شحنها.
تعتمد كمية الطاقة الحرارية المُوّلدة على درجات الحرارة و حد كارنو Carnot Limit، وهو الحد الأقصى للطاقة الحرارية المُطلقة التي يمكن تحويلها
إلى كهرباء مفيدة. وصلت كفاءة حرارة مُحرّك السيارة إلى حوالي 20%، في حين أن حد كارنو-الكفاءة المطلقة التي يمكن التوصل إليها في درجة حرارة ذلك التّشغيل هي 37%، و هذا يعني أن مُعظم الطاقة الحرارية التي يتم تحويلها تعتمد على درجات حرارة عالية، وانخفاض درجة حرارة أجهزة التحويل سيجعلها غير قادرة على تحقيق كفاءة تحويل عالية.
النموذج الأول لا يمكنه تحويل سوى 2% من الطاقة الحرارية إلى كهرباء، وبتوقع الأستاذ فالسو فإن قيمة حد كارنو Carnot Limit ستكون أقل من 10%، كما قال :” بينما لا يوجد أي شك أن هذا سيتحسن، هنالك حدود حرارية تزعم أن الحد الأقصى من الكفاءة سيكون دائماً مُنخفض في هذا النوع من الخلايا الكهروكيميائية التي يمكن أن تعمل عليها “.
وعند التعامل مع مثل هذه القيم المنخفضة لكفاءة تحويل الطاقة، ذكر دامون هونيري -مهندس أبحاث في جامعة موناش – أن التغلب على خسائر النظام يُمكنه أن يكون العائق الفني الهام. ولكنها ليست كلها بالسيئة وفقاً للأستاذ المُساعد هنري، والذي يجد أن هنالك طلب لمصادر طاقة مُنخفضة، حيث الكثير من الأجهزة الكهربائية تتطلب طاقة منخفضة، ويمكن أن يكون هناك استخدامات مُنخفضة لأجهزة أصغر، وذلك لأن كثافة الطاقة لا تحتاج لأن تكون عالية جداً
بالطريق إلى التطبيق..
يريد الباحثون تجريب استخدام التكنولوجيا في كسب الحرارة من البيئة في المناطق النائية البعيدة، إلا أن تقنية الألواح الشمسية تُسيطر على السوق وتعمل بكفاءةٍ أكثر، فمن غير المُرّجح أن تحل تكنولوجيا تحويل الحرارة في أي وقت قريب.
تحتاج بطارية تحويل الحرارة إلى نوعين من درجات الحرارة لتعمل، وبالتالي فإنها تتطلب تقلباتٍ شديدة إلى حد ما في درجات الحرارة كي تعمل خارج المختبر، وفي حين أن هذا سيكون سهلاً بدورات طويلة على مدار 24 ساعة، حيث التفريغ السريع بعيد الاحتمال، لذلك فإن كمية الكهرباء الموّلدة تكون صغيرة خلال يوم واحد.
ترجمة: Bushar Alsabbagh
المصدر: موقع Phys.org
للاطلاع على الورقة البحثية: اضغط هنا
