تحويل الحرارة الضائعة إلى طاقة كهربائية

يطمح الإنسان على مرِّ العصور أن يستخدمَ الطاقة الاستخدام الأمثلَ الذي يتجنَّب إضاعتَها بأيِّ شكلٍ من الأشكال، والطاقة الحراريةُ هي من أكثر أنواع الطاقةِ ضياعًا؛ إذ إنَّ تحقيق هذا الهدف يُعطي الإنسان فوائد كثيرةً؛ أهمُّها توفير المال وتقليلُ الإنبعاثات الحرارية في الكرة الأرضية عن طريق تجميع الحرارة الضائعة وتحويلها لأشكالٍ بديلة من الطاقة. [2] 

سنتكلم في هذا المقال عن طريقتَين من الطرائق المبتكَرة لالتقاط الحرارة وتحويلها إلى كهرباء. 

إذ اكتشف فريقٌ دولي من العلماء كيفية التقاط الحرارة وتحويلها إلى كهرباء ونُشِر البحث في مجلة Science Advances. يُمكِّننا هذا الاكتشاف من توليد كهرباء أكثر؛ وذلك من أشياءَ تبدّد الحرارة (مثل: العمليات الصناعية، وعوادم السيارات، ومداخن المحطات الحرارية التي تولِّد الكهرباء). [1]

يعتمد الاكتشاف الأولُّ على جزيئات صغيرةٍ من مواد ضعيفةِ المغناطيسية تُسمَّى Paramagnons (وهي جزيئات ليست مغناطيسية تمامًا، ولكنَّها تحمل بعض التدفقِ المغناطيسي). إنّ دوران التدفق المغناطيسي -دورانًا مغزليًا- حول قطبَي المغناطيس يخلق نوعًا من الطاقة يُطلق عليها الطاقة الكهرومغناطيسية. 

ويؤدي تسخين المغناطيس إلى فقدان قوته المغناطيسية، وعندها يسمى بأشباه المغناطيس. [1]

يُعد المغناطيس جزءًا مهمًّا في جمع الطاقة من الحرارة، فعندما تُسخَّن أحد جوانب المغناطيس فإن الجانب الآخر (الجانب البارد) يحصل على مزيدٍ من المغناطيسية وينتج عنه دوران الحقل المغناطيسي، وهو ما يدفع الإلكترونات الموجودة في المغناطيس للحركة وتوليد الكهرباء.

بدأ فريقُ البحث المكوِّن من مجموعة دوليةٍ من العلماء من ولاية أوهايو وجامعة ولاية كارولينا الشمالية والأكاديمية الصينية للعلوم في اختبار العوامل اللازمة لإنتاج الطاقة من المواد ضعيفة المغناطيسية عن طريق نوعٌ من الدوران يدفعُ الإلكترونات. [1]

ما وجده فريقُ البحث هو أنَّ المواد ضعيفةُ المغناطيسية تدفع الإلكترونات خلال أجزاء صغيرةٍ جدًّا من الثانية للحصول على الطاقة. [1]

يُعلّق جوزيف هيريمانز (أستاذ الهندسة الميكانيكية والفضائية في جامعة أوهايو) على هذا الاكتشاف قائلًا: "بسبب هذا الإكتشاف، يجب أن نُصبحَ قادرين على توليد طاقةٍ كهربائية من الحرارة على نحوٍ فعال أكثر ممَّا مضى". [1]

أمَّا الطريقةُ الثانية؛ فأعلن عنها فريق علماءُ فيزياء من جامعة ولاية واشنطن؛ إذ اخترعوا جهازًا يمكنه تحويل الحرارة من عادم السيارة إلى طاقة، وهو يَستخدم نوعًا جديدًا من الصمام الثنائي يسمى صمام ثنائي شوتكي "Van der Waals Schottky Diode" الذي يحول الحرارة إلى كهرباء بمعدل ثلاثة أضعاف كفاءة السيليكون؛ وبذلك يمكن تحويل الحرارة إلى نوعٍ من التيار الكهربائيّ القابل للتخزين. [2]

فعند توصيل معدن بأشباه الموصلات مثل السيليكون (لتشكيل صمام ثنائي شوتكي)، تظهر بعضُ العيوب عند منطقة التوصيل وهي تعيق تدفُّق الكهرباء جيدًا، ولتحسين أداء الصمام؛ استُبدل السيليكون في الصمام الثنائي بمركّب بلوري يعُرف باسم سيلينيد الإنديوم (InSe)، ممَّا يعني أنَّ طبقةً تعمل معدنًا والأخرى أشباه موصلات ثم يُجمعان معًا.

يعلق " يي جو" قائد فريق جامعة واشنطن تعليقًا متفائلًا للغاية: "في المستقبل، يمكن ربط إحدى الطبقتين بشيء ساخنٍ؛ مثل عوادم السيارات أو محرك مروحة تبريد الكمبيوتر والطبقة الأخرى على سطحٍ في درجة حرارة الغرفة، ثم يستخدم الصمام الثنائي فرق الحرارة بين السطحيَن لإنشاء تيارٍ كهربائي يمكن تخزينه في بطارية واستخدامه عند الحاجة". [2]

في هذا العصر الحاجة ماسة إلى الطاقة المتجددة، ومع هذه الخطوة الكبيرة؛ يأمل الفيزيائيون أن يكونَ العمل المستقبليَّ في هذا المجال مثمرًا للغاية.

المصادر:

1- هنا

2- هنا