توليد الكهرباء من الحرارة

كمختصين سمعنا عن الصفائح اللي تولد الكهرباء اعتمادا على فرق درجات الحرارة، لكن أصبح هناك الآن تقنية جديدة ومهمة اعتمادا على الحرارة الضائعة من محركات الإحتراق بالسيارات وغيرها

تابعونا في هذا المقال لنتعرف أكثر عن هذه التقنية و كيف تعمل

أجهزة حرارية كهربائية تحول الحرارة المبددة من الأليات والسيارات الى كهرباء:

الصورة تظهر تركيب الجهاز الحراري الكهربائي الذي طرحته شركة GMZ للطاقة ،حيث الحرارة المنبعثة من الأليات والسيارات(المحركات)....تعبر السطح الأعلى لهذا النموذج وتنتقل عبر مواد من نوع نصف ناقلة (أشباه موصلات) حيث تظهر بالشكل المبين كقطبين شمالي وجنوبي ومن ثم الى الجزء البارد من الجهاز ،ونلاحظ أن ما ينتج عن هذه العملية من فرق في درجات الحرارة يولد جهد كهربائي معين مما يولد الكهرباء.

وهذا ما أثار اهتمام مركز الطاقة في الولايات المتحدة خصوصا الفكرة التي تتضمن تحويل الحرارة المنبعثة من الأليات والسيارات الى كهرباء ،وعلى الأغلب هذه الحرارة الضائعة ببساطة تتدفق من مصادرها الى الهواء المحيط ، لكن وهنا تكمن البداية في تطوير هذه العملية والجهد الكبير الذي قام به الباحث غانغ تشن في مختبرات MIT.

المواد الكهربائية الحرارية تحول الفرق والتدرج في درجات الحرارة الى كهرباء (فرق جهد)

حيث عشر سنوات مضت من الأبحاث والى اليوم يقوم الدكتور في هندسة القوى الميكانيكية غانغ تشن ورئيس قسم الهندسة الميكانيكية في MIT باستخدام تقنية النانو لإعادة بناء وتطوير الأجهزة المقترحة مما يعتبر عاملا مشجعا ويمهد الطريق لزيادة فعالية تلك الأجهزة الحرارية الكهربائية.

وباستخدام هذه التقنيات GMZ للطاقة وهي شركة قام بتأسيسها تشن ومساعده زيفنغ رين من جامعة هيوستن حيث قاموا فيها بتصنيع أول نموذج للمولد الحراري الكهربائي thermoelectric generator (TEG)

الجميع يدرك مدى فعالية هذه الأجهزة وخصوصا من ناحية الاستفادة من الحرارة الضائعة واعادة استغلالها مما يرفع مردود تلك الأليات ومحركات السيارات بشكل ملحوظ ،حيث يبلغ أعلى مردود لمحرك احتراق داخلي يعمل بشكل جيد (50%-60%) أي هناك 40%_50% من الطاقة التي يصدرها المحرك ضائعة على شكل غازات احتراق وحرارة ،فعندما نستفيد من تلك الحرارة الضائعة ونقوم بتدويرها وتحويلها الى كهرباء فان هذا يؤدي الى رفع فعالية ومردود تلك المحركات، وهنا يكمن التحدي بإيجاد أنظمة عملية وفعلية قادرة على تحويل الحرارة الى كهرباء و كما يقول تشن : انها ليست حرارة ضائعة فقط بل حرارة مبددة ومفيدة قادرة على انتاج عمل مفيد . .في الجهاز الحراري الكهربائي thermoelectric generator (TEG) تولد الكهرباء عندما تعبر الحرارة الضائعة أعلى الجهاز وتعبر بداخله عبر المواد النصف ناقلة الموزعة بجانب بعضها البعض وبالتالي تستمر الحرارة بالعبور حتى الوصول الى الجزء البارد من الجهاز، وبالنتيجة يؤدي ذلك الى حركة للإلكترونات داخل المواد النصف ناقلة بتأثير الفرق بدرجات الحرارة بين أعلى الجهاز وأسفله ،ونتيجة حركة الإلكترونات يؤدي ذلك الى فرق بالجهد وبالتالي توليد الكهرباء، وما يساعد على اتمام تلك العملية الاهتزازات التي تقوم بها ذرات تلك المواد النصف ناقلة حيث تسمح للحرارة بالعبور والتسرب من الجزء الساخن من النموذج الى الجزء البارد.

للحصول على نتائج أفضل في السيارات يجب تركيب هذا النموذج بجانب أنبوب العادم للاستفادة من الحرارة الضائعة مع غازات الاحتراق ،وهذا يسمح بتوليد الكهرباء من تلك الحرارة وبالتالي تشغيل عدد كبير من أجزاء السيارة الكهربائية وبشكل أساسي تخفيف الحمل على السيارة بشكل متناوب وبالتالي تخفيض استهلاك الوقود والانبعاثات من غازات الاحتراق.

بعد هذا الاكتشاف تشن ،ورين افتتحوا شركة GMZ بشكل علني وأخرجوها من مرأبهم حيث كان مقر لتجاربهم ،حيث أصبح لديهم هدف واضح جدا تطوير فعالية تلك المواد واتاحتها تجاريا ،ويقول تشن مازال سوق المواد الكهروحرارية صغيرا ،ولا يوجد مستثمرين كبار دخلوا العملية.

ثلاث سنوات مرت حيث بدأنا نلمس وجود هذه الأجهزة ،وإقناع المستثمرين بفعاليتها، حيث الجهاز يستطيع توليد الكهرباء أيضا من مجمعات تسخين الماء الشمسية والنسخة الحديثة منه تولد الكهرباء مباشرة نموذج( TEG).

ونجحت الشركة بادخار مبلغ 7مليون دولار ،والحصول على 18 مليون دولار الشهر المقبل، ولكن التحدي مستمر لأنه لا يوجد منتجات مماثلة حاليا في الأسواق ،وبالتالي المرور بالعديد من السنوات من التجريب وتصحيح الأخطاء الناتجة عن اختيار مواد غير مناسبة للعملية التي قد تواجه هذا النوع من الأجهزة

ويقول خاتما: معظم أبحاثي في MIT تتعلق بالطاقة وهذا ما يجعلني متحمسا لهذه الأبحاث وايجاد مصادر فعالة للطاقة حيث يحتاجها العالم وهذا يعتبر فخرا لي.

باعتقادي انو هالإختراع بشكل نقلة نوعية في مجال محركات الإحتراق ورفع مردودها بشكل كبير عن طريق ربط المحرك الحراري مع تقنية التوليد الكهربائية وأنتو متابعينا الكرام كيف بتتوقعوا رح يكون الربط بين هالتقنية ومجالات التوليد الحراري المختلفة؟؟؟

المصادر: هنا