صمم باحثون وزملاء جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس UCLA جهازاً جديداً يولد الكهرباء من تساقط الثلوج. وهذا الجهاز الذي يعد الأول من نوعه، غير مكلف وحجمه صغير ورقيق ومرن مثل ورقة من البلاستيك.
و تعمل المولدات النانوية -وهي نوع من التكنولوجيا التي تحول الطاقة الميكانيكية وتنتج كهرباء على نطاق صغير- و التي تعتبر الأولى من نوعها، تعمل كمحطة للطقس.
هذا الجهاز عبارة عن محطة للطقس
وقال كبير المؤلفين ريتشارد كانر Richard Kaner ، الذي يرأس كرسي الموهوب الخاص بالدكتور ميونج كي هونغ Dr. Myung Ki Hong في كلية ابتكار المواد Materials Innovation في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس UCLA: “يمكن أن يعمل الجهاز في المناطق النائية لأنه يزود الطاقة من نفسه ولا يحتاج إلى بطاريات، وهو جهاز ذكي للغاية – فهو يعد كمحطة للطقس يمكنه أن يخبرك عن كمية الثلوج التي ستسقط واتجاهها واتجاه الريح وسرعتها.
و قد أطلق الباحثون على هذه المولدات اسم ” مولداتالنانوية ذات الشحن الكهربائي التجريب، و المعتمدة على الثلج” أو ” المولدات النانوية الثلجية Tribo-Electric Nano-Generator TENG” و تولد هذه المولدات شحنات من خلال الكهرباء الساكنة، و التي من شأنها أن تنتج طاقة من تبادل الإلكترونات، (و قد تم نشر النتائج المتعلقة بهذا الجهاز في مجلة Nano Energy).
وقال كينر Kaner وهو أستاذ بارز في الكيمياء، والكيمياء الحيوية وفي علوم وهندسة المواد، و هو أيضاً عضوٌ في معهد كاليفورنيا للأنظمة النانو California Nano-Systems Institute في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس UCLA ، “أن الكهرباء الساكنة تحدث من تفاعل مادة تلتقط الإلكترونات، ومادة أخرى تحرر الإلكترونات، حيث يمكنك فصل الشحنات وتوليد الكهرباء من لا شيء في الأساس”.
كيفية عمل الجهاز
إن الثلج يتم شحنه بشحنة إيجابية وتتحرر منه الإلكترونات. ويتم شحن السيليكون – وهو مادة تشبه المطاط الصناعي وتتكون من ذرات السيليكون وذرات الأكسجين جنباً إلى جنب مع الكربون والهيدروجين وعناصر أخرى – بشحنة سالبة. فعندما يتساقط الثلج على سطح السيليكون ينتج عنه شحنة يلتقطها الجهاز ، و هذا من شأنه أن يولد كهرباء.
قال المؤلف المشارك ماهر القاضي Maher El-Kady وهو باحث ما بعد الدكتوراه في الكيمياء والكيمياء الحيوية في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس UCLA : ” بما أن الثلج مشحون -بالفعل- مسبقاً، و لذلك فكرنا بأنه: لماذا لا يتم إحضار مادة أخرى بشحنة معاكسة واستخراج الشحنات لتوليد الكهرباء؟”
وأضاف “بما أن الثلج يميل إلى تحرير الإلكترونات، فإن أداء الجهاز سيعتمد على كفاءة المواد الأخرى في استخراج هذه الإلكترونات، وبعد اختبار عدد كبير من المواد بما في ذلك رقائق الألومنيوم aluminum و التفلون Teflon وجدنا أن السيليكون ينتج شحنات أكثر من أي مادة أخرى”.
هو البديل عن الألواح الشمسية في فترات هطول الثلوج
وأشار القاضي El-Kady إلى أن حوالي 30% من سطح الأرض مغطاة بالثلوج كل شتاء، وخلال هذه الفترة غالباً ما تفشل الألواح الشمسية في العمل. حيث أن تراكم الثلوج يقلل من كمية أشعة الشمس التي تصل إلى الخلايا الشمسية (المستخدمة لتوليد الكهرباء)، مما يحد من طاقة إنتاج الألواح ويجعلها أقل فعالية. وقال إنه يمكن دمج الجهاز الجديد في الألواح الشمسية لتوفير مصدر طاقة مستمر عند تساقط الثلوج.
استخدامات هذا الجهاز الجديد
وقال كانر Kaner إنه يمكن استخدام الجهاز لمراقبة الرياضات الشتوية كالتزلج، من أجل تقييم وتحسين الأداء الرياضي بدقة أكثر عند الجري أو المشي أو القفز. كما أن الجهاز لديه القدرة على تحديد أنماط الحركة الرئيسية المستخدمة في التزلج ، والتي لا يمكن اكتشافها باستخدام الساعة الذكية.
وهذا الجهاز يمكن أن يرافق الأجهزة التي يمكن ارتداؤها والتي تعمل بالطاقة الذاتية في الجيل الجديد لتتبع الرياضيين وأدائهم.
و بالإضافة لما سبق، فإن هذا الجهاز يمكنه أيضاً إرسال إشارات تشير إلى حالة الشخص فيما إذا كان الشخص يتحرك. ويمكن أن يخبرنا هذا الجهاز متى يكون الشخص ماشياً، أو يركض أو يقفز أو حتى إذا كان يسير بطريقة عسكرية.
استخدم فريق البحث الطباعة ثلاثية الأبعاد 3-D printing لتصميم الجهاز ، و الذي يحتوي على طبقة من السيليكون وإلكترود ( مادة موصلة للكهرباء) لالتقاط الشحنات. وقال كانر Kaner: “يعتقد الفريق أن الجهاز يمكن إنتاجه بتكلفة منخفضة بالنظر إلى “سهولة التصنيع وتوافر السيليكون”. ويستخدم السيليكون على نطاق واسع في الصناعة في منتجات مثل زيوت التشحيم وعزل الأسلاك الكهربائية وزراعة الطب الحيوي، والآن لديه القدرة على إنتاج الطاقة.