إذا كنت قد رأيت نفسك من خلال كاميرا تصوير حراري، فستدرك أن جسمك ينتج الكثير من الحرارة. هذه الحرارة هي في الواقع ناتج ثانوي لعملية الأيض لدينا. كل قدم مربع من جسم الإنسان يطلق حرارة تعادل حوالي 19 عود ثقاب في الساعة.
للأسف، فإن الكثير من هذه الحرارة تتسرب ببساطة إلى الغلاف الجوي. ألن يكون رائعًا إذا استطعنا استغلالها لإنتاج الطاقة؟ أظهرت أبحاثي أن هذا ممكن بالفعل. زملائي وأنا نكتشف طرقًا لالتقاط وتخزين حرارة الجسم لتوليد الطاقة، باستخدام مواد صديقة للبيئة.
الهدف هو إنشاء جهاز يمكنه توليد وتخزين الطاقة، يعمل كالبنك الكهربائي المدمج للتكنولوجيا القابلة للارتداء. هذا قد يسمح لأجهزة مثل الساعات الذكية وأجهزة تتبع اللياقة البدنية أو أجهزة GPS بالعمل لفترة أطول بكثير، أو حتى بشكل غير محدود، عن طريق استغلال حرارة أجسامنا.
ليس فقط أجسامنا التي تنتج حرارة مهدرة. في عالمنا المتقدم تكنولوجيًا، يتم إنتاج كمية كبيرة من الحرارة المهدرة يوميًا، بدءًا من محركات مركباتنا إلى الآلات التي تصنع السلع.
عادةً ما يتم إطلاق هذه الحرارة أيضًا في الغلاف الجوي، مما يمثل فرصة ضائعة كبيرة لاستعادة الطاقة. يسعى المفهوم الناشئ لـ “استعادة الحرارة المهدرة” إلى معالجة هذه الكفاءة المنخفضة. من خلال استغلال هذه الطاقة المهدرة بخلاف ذلك، يمكن للصناعات تحسين كفاءتها التشغيلية والمساهمة في بيئة أكثر استدامة.
تأثير الديناميكا الحرارية هو ظاهرة يمكن أن تساعد على تحويل الحرارة إلى كهرباء. يحدث ذلك عندما ينتج فرق درجة حرارة جهدًا كهربائيًا؛ حيث تتدفق الإلكترونات من الجانب الساخن إلى الجانب البارد مما يولد طاقة كهربائية قابلة للاستخدام.
ومع ذلك ، غالباً ما تصنع المواد الديناميكية الحرارية التقليدية من الكادميوم أو الرصاص أو الزئبق ، وهذه تأتي مع مخاطر بيئية وصحية تحدّ من تطبيقاتها العملية.
لكننا اكتشفنا أنه يمكنك أيضًا إنشاء مواد ديناميكية حرارية من الخشب – مما يوفر بديلاً أكثر أمانًا واستدامة.
لقد كان الخشب جزءاً أساسياً للحضارات البشرية لقرون عديدة ، حيث كان مصدرًا لمواد البناء والوقود. نحن نكشف عن إمكانيات المواد المستمدة من الخشب لتحويل الحرارة المهدرة ، والتي غالباً ما تضيع في العمليات الصناعية ، إلى كهرباء قيمة.
هذه الطريقة لا تعزز فقط كفاءة الطاقة ولكن تعيد تعريف كيفية رؤيتنا للمواد اليومية كمكونات أساسية لحلول الطاقة المستدامة.
فريقنا في جامعة ليمريك بالتعاون مع جامعة فالنسيا قد طور طريقة مستدامة لتحويل الحرارة المهدرة إلى كهرباء باستخدام منتجات خشبية إيرلندية وخاصة اللجنين وهو منتج ثانوي لصناعة الورق.
تظهر دراستنا أن الأغشية القائمة على اللجنين عندما تُنقع في محلول ملحي يمكنها تحويل حرارة مهدورة منخفضة الدرجة (أقل من 200 درجة مئوية) بكفاءة إلى كهرباء.
يسبب فرق درجة الحرارة عبر غشاء اللجنين حركة الأيونات (ذرات مشحونة) في المحلول الملحي.
تنجذب الأيونات الإيجابية نحو الجانب الأكثر برودة بينما تتحرك الأيونات السلبية نحو الجانب الأكثر سخونة. يؤدي هذا الفصل بين الشحنات إلى خلق فرق جهد كهربائي عبر الغشاء والذي يمكن استخدامه كطاقة كهربائية.
نظرًا لأن حوالي 66 بالمائة من حرارة النفايات الصناعية تقع ضمن هذا النطاق الحراري ، فإن هذه الابتكار يمثل فرصة كبيرة لحلول طاقة صديقة للبيئة.
يمكن لهذه التكنولوجيا الجديدة أن تحدث فرقاً كبيراً في العديد من المجالات . الصناعات مثل التصنيع التي تنتج كميات كبيرة جداًمن heat waste could see major benefits by turning that waste heat into electricity, helping them save energy and lessen their impact on the environment .
يمكن استخدام هذه التكنولوجيا أيضاًفي إعداد مختلفة, بدءاًَمن توفير الكهرباء للمواقع النائية وصولاًَإلى تشغيل الحساسات والأجهزة المستخدمة يومياً . كما تجعل طبيعتها الصديقة للبيئة حلاً واعداً لتوليد طاقة مستدامة داخل المباني والبنية التحتية .
التقاط الطاقة الناتجة عن النفايات الحرارية هو مجرد الخطوة الأولى ؛ تخزينها بشكل فعال أمر بالغ الأهمية بنفس القدر . المكثفات الفائقة هي أجهزة تخزين للطاقة تشحن وتفرغ الكهرباء بسرعة . وهذا يجعلها ضرورية للتطبيقات التي تتطلب تسليم سريع للطاقة .
ومع ذلك فإن اعتمادها على المواد الكربونية المستمدةمن الوقود الأحفوري يثير مخاوف بشأن الاستدامة ويبرز الحاجة الى بدائل متجددة فى انتاجها .
لقد اكتشف فريق بحثي لدينا أن الكربون المسامي القائم على اللجنين يمكن أن يعمل كقطب كهربي للمكثفات الفائقة لتخزين الطاقة الناتجة عن حصاد النفايات الحرارية باستخدام غشاء اللجنين .
تسمح هذه العملية لغشاء اللجنين بالتقاط وتحويل النفايات الحرارية الى طاقة الكهربائية بينما تسهل بنية الكربون المسامية الحركة السريعة وتخزين الأيونات .
من خلال تقديم بديل أخضر يتجنب المواد الكيميائية الضارة والاعتماد على الوقود الأحفوري , تقدم تلك الطريقة حلاً مستداما لتخزين الطاقه الناتجه عن هدرالحرارة .
قد تؤدي تلك الابتكارات فى تكنولوجيا تخزين الطاقه الى تشغيل كل شيء بدءاًَمن الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية والتكنولوجيا القابلة للإرتداء وصولاًَإلى السيارات الكهربائية .
محمد مدسر طالب دكتوراه بكلية الهندسة بجامعة ليمريك
تم إعادة نشر هذا المقال بموجب ترخيص المشاع الإبداعي.
