تشرُق الشَّمس في صباح كل يوم لتتركنا ليلاً، لن تُبقي الهندسة الحرارية- الشَّمس- طوال اليوم ولكننا سنستفيد من حرارتها وكأنها موجودة دائماً!

قام فريق من معهدMIT وجامعة هارفرد باختراع مادة فائقة بإمكانها امتصاص حرارة الشمس وتخزينها على شكل مركب كيميائي، واسترداد الطاقة منه عند الحاجة.

لا نتحدث هنا عن الألواح نصف الناقلة(p-n) التي تستخدم لتوليد الكهرباء، بل نتحدث عن توليد الطاقة الحرارية لأغراض التدفئة والطبخ وحتى لأغراض صناعية. وهذا من شأنه فتح أفاق كبيرة أمام الطاقة الشمسية.

يقول البروفيسور غروسمان:" من شأنها أن تغير قواعد اللعبة، إذ أنها قادرة على توليد الطاقة الحرارية من الشمس، وتخزينها، ومن ثم توزيعها عند الطلب".


Image: http://cdn.phys.org/newman/gfx/news/hires/2014/amolecularap.jpg

تتواجد بعض الجزيئات التي تُعرف باسم "مُبدلات الضوء" بشكلين مختلفين:

فعند تعرضها لضوء الشمس، تمتص هذه الجزيئات طاقة تسبب قفز الجزيئات من مكان لآخر، ثم تبقى بعدها ثابتة لفترة زمنية معينة.

أما عند تعرضها لهزة أو نبضة حرارية، تُطلق هذه المُبدلات طاقة حرارية لتعود على شكلها الأصلي.

وبذلك يكون سلوك مُبدلات الضوء مشابه لسلوك البطاريات الحرارية القابلة للشحن، فهي تأخذ الطاقة من الشمس، تخزنها ثم تحررها عند الحاجة لاستخدامها.

إنَّ ما توصل إليه البروفيسور غروسمان وفريقه هو نتيجة عمل دام ثلاث سنوات من التحليل والمحاكاة المحوسبة، حيث كانت الصعوبة في تحويل العمل النظري إلى مادة حقيقية تؤمن كثافة طاقة مناسبة، بالإضافة إلى تحدي كبير وهو المحافظة على الجزيئات قريبة من بعضها البعض في أقرب مسافة ممكنة.

(كثافة الطاقة: كمية الطاقة الممكن تخزينها ضمن واحدة الحجم او الوزن من المادة.)


Image: http://cdn.phys.org/newman/csz/news/800/2014/amolecularap.png

عندما تمتص جزيئات مبدلات الضوء الفوتونات من أشعة الشمس، فإنها تخضع لإعادة ترتيب على مستوى البُنية. حيث تحفز طاقة الفوتون هذه الجزيئات على الانتقال إلى سوية طاقية أعلى، ويتم الرجوع إلى سوية طاقة أقل عند الحاجة لذلك.

ويقول البروفيسور كوشارسكي: لقد حاولنا ربط هذه الجزيئات إلى أنابيب كربون نانوية، وتمكنا بعد محاولات كثيرة أن نحصل على نصف كمية الكثافة التي تم التوصل إليها عند المحاكاة الحاسوبية في تلك الأنابيب، لكن المفاجأة كانت باستطاعة المادة على تحرير الطاقة بشكل جيد حيث تمكنت من الوصول إلى الكمية الكافية من الطاقة التي كان الفريق يطمح اليها.

ويضيف كوشارسكي: أثبتت التجارب أنَّ استخدام أنابيب كربون نانوية متجاورة (شبكة أنابيب كربون) من أجل التفاعلات المتبادلة مع جزيئات" المُبدلات الكربونية" أدى إلى رفع كفاءة الطاقة الحرارية المخزنة بنسبة 200%، بينما التجارب على أنبوب واحد أدت لزيادة 30% فقط.

سمح هذا الدور الذي لعبته شبكة أنابيب الكربون النانوية بعدم التقيد في جزيئات "المبدلات الضوئية"، و مكنَ الباحثين من البحث واكتشاف تراكيب مختلفة و متنوعة تساعد في تحسين تخزين الحرارة.

أما أهمية هذه التقنية فتتمثل بأنها ستسمح للناس الذين يعيشون في الأماكن الباردة باسترجاع الطاقة الحرارية متى أرادوا ذلك لاستخدامها للطبخ أو التدفئة، كما أنها ستقلل من استخدام الوقود التقليدي الذي يسبب احتراقه انبعاث غازات تلوث البيئة، حيث تُعد من الطاقات المتجددة الصديقة للبيئة والتي يمكن شحنها بالطاقة الحرارية واستخدامها من جديد.

وفي مدح لهذه التقنية الجديدة يقول يوسوكي كاناي وهو دكتور مساعد في جامعة كارولاينا الشمالية: " إنَّ الاعتماد على أنابيب الكربون النانوية في زيادة كثافة طاقة المادة هو فعل ذكي، حيث ان الزيادة الناتجة هي زيادة مدهشة، كما أن هذه النتيجة تعطي حافز إضافي للباحثين لكي يصمموا مركبات ومواد ضوئية تساعد في تحسين تخزين الطاقة الضوئية ضمن الروابط الكيميائية."

وفي النهاية ستستمر عمليات التطوير والتحسين على هذه التقنية، حتى تصبح متوفرة في الأسواق ويستفيد منها الجميع.

المصدر:

هنا