جهاز ذكيٌّ يحوِّل رطوبةَ الجو إلى كهرباء.

اكتشف بعض الباحثين قبل ثلاثة عقود راسبًا غريبًا في الضفاف الرملية لنهر البوتوماك "Potomac River"   

(1).

هذا الراسب (Sediment Organism) نوعٌ من الأحياء الدقيقة -البكتيريا- التي تستطيع فعلَ أشياء لم يعتدها الإنسان من قبل (1).

ينتمي هذا الميكروب إلى سلسلة "Geobactor" التي لديها القدرة على إنتاج أكسيد الحديد المغناطيسي"Magnetite"حين ينعدم الأوكسجين (1).

ومع مرور الوقت، اكتشف العلماء تأديتها لوظائف أخرى، مثل إفراز بروتين ذي أسلاك نانوية فائقة الدقة والصغر تُسهم في نقل الكهرباء (2).

سعى الباحثون لابتكار السبل واستغلال هذه الهبة القيِّمة لسنوات، وها هم يُتوجون جهدهم بهذا الجهاز الذي أطلق عليه أصحابه "Air-gen"، أي مولد يعمل بطاقة الهواء (3).

يدَّعي الفريق أنَّ جهازَهم قادرٌ على توليد الكهرباء دون حاجةٍ إلى مصادر الطاقة التقليدية، مثل ضوء الشمس أو الرياح والماء، ما نريده هو بخار الماء الموجود -أساسًا- في الجو(1,2,3).

يروي لنا المهندس الكهربائي جون ياو (Jun Yao) من جامعة Massachusette amherst: 

 "نحن نُولِّد الكهرباء من لا شيء تقريبًا؛ إذ ينتج مولد الكهرباء هذا طاقة نظيفة طوال الأسبوع (1)".

يبدو في الأمر مبالغة نوعًا ما، لكنَّ دراسة جديدةً أجراها ياو وفريقه تصف كيف ينتج هذا المولد -الذي يُعدُّ الهواء وقوده الوحيد- الكهرباء دون حاجةٍ إلى مصادر أخرى، ويعود الفضل في كلِّ ذلك إلى الأسلاك النانوية في البروتين الذي ينتجه هذا النوع من البكتيريا "Sulfurreducens" 

(3).

يتكوَّن هذا الجهاز الجديد "Air-gen" من غشاء رقيق من أسلاك النانو البروتينية بسماكة سبع ميكرومترات، مكشوف للهواء ويقع بين قطبين اثنين، يمتص الغشاء بخارَ الماء المنتشر في الجو فيولد الجهاز تيارًا كهربائيًّا يتحرك بين القطبين، ولعل تباين الرطوبة يثير البروتونات ويتسبب بانتشارها في أسلاك النانو؛ فتنتج عن ذلك شحنة كهربائية، ثم إنَّ التباين المستمر للرطوبة والذي يختلف اختلافًا جوهريًّا عن أي شيءٍ شُوهد في الأنظمة السابقة؛ يفسِّر خرج الجهد المستمر من هذا الجهاز (1).

كلُّ هذا كان محض مصادفة؛ إذ لاحظ  ياو وجود أجهزة يُجرى عليها اختبارات مختلفة تنقل الكهرباء من تلقاء نفسها:

"لاحظتُ تولد تيار كهربائيٍّ عند ملامسة الأسلاك النانونية الأقطابَ الكهربائية؛ لأدركَ بعدها أنَّ التعرُّض لرطوبة الجو أمر ضروري، وعَرَفتُ عندها أن هذه الأسلاك النانوية البروتينية تمتص البخار وتولد جهدًا متدرجًا "(1).

أظهرت التجارب السابقة توليد الطاقة الكهرومائية باستخدام أنواع أخرى من المواد المتناهية الصغر مثل الغرافين؛ لكنَّ هذه المحاولات أنتجت كميات صغيرة من الكهرباء  ولم تستمر إلا ثوانٍ فقط (أقل من 50 ثانية)، وبتيار تصل شدته إلى قرابة 0.9 ميكرو أمبير لكلِّ واحد سنتمتر مربع أو بطاقة تصل إلى قرابة 30 ميكرووات لكل واحد سنتمتر مكعب، أمَّا في هذه الدراسة؛ ينتج هذا المولد جهدًا مستمرًا يقدر بقرابة 0.5 فولت، وتيارًا مستمرًا يقدر شدته بـ سبعة عشر ميكروأمبير لكل واحد سنتمتر مربع ولمدة تصل إلى 20 ساعة قبل أن يتطلبَ إعادة الشحن (4).

 عند وصل عدة أجهزة مع بعضها فستحصُل على كمية كافية لشحن الأجهزة الصغيرة، مثل الهواتف والأجهزة الكهربائية الشخصية الصغيرة دون أيِّ ضياع (1،2،3).

تكفي رطوبة الجو المعتادة -حتى لو كان الطقس جافًا وكانت الصحراء الكبرى مكان التجربة- ويمكن استخدام هذا الجهاز داخل المنزل وخارجه، ليلًا أو نهارًا، صيفًا وشتاءً دون أن يعيقَه عن أداء مهامه تغييرٌ مناخي أو طارئ (1,2,3).

ويطمح الفريق إلى بناء أنظمة على نطاق واسع، وأن تُثمرَ جهود المستقبل عن استثمار هذه الطاقة في إضاءة المنازل وإنتاج ساعات ذكية وهواتف محمولة تعتمد هذه التقنية وتطورها، وفي دمج هذه الأجهزة في طلاء المنازل (1,2,3).

المصادر:

1- Scientists Built a Genius Device That Generates Electricity 'Out of Thin Air' [Internet]. Sciencealert.com. 2020 [cited 6 March 2020]. Available from: هنا;

2- Scientists Built a Genius Device That Generates Electricity 'Out of Thin Air' [Internet]. Sciencealert.com. 2020 [cited 6 March 2020]. Available from: هنا;

3- New green technology generates electricity 'out of thin air': Renewable device could help mitigate climate change, power medical devices [Internet]. ScienceDaily. 2020 [cited 6 March 2020]. Available from: هنا;

4- Liu X, Gao H, Ward J, Liu X, Yin B, Fu T et al. Power generation from ambient humidity using protein nanowires. 2020.