يريد العلماء بناء جهاز يمكنه التقاط حرارة الجسم التي نشعها، واستخدامها لتشغيل تقنيات أخرى
إذا سبق لك أن رأيت نفسك من خلال كاميرا التصوير الحراري، فستعرف أن جسمك ينتج الكثير من الحرارة. وهذا في الواقع نتاج النفايات لدينا الاسْتِقْلاب. كل قدم مربع من جسم الإنسان يعطي الحرارة أي ما يعادل حوالي 19 مباراة في الساعة.
ولسوء الحظ، فإن الكثير من هذه الحرارة يهرب ببساطة إلى أَجواء. ألن يكون رائعًا لو تمكنا من تسخيرها للإنتاج؟ طاقة؟ لقد أظهر بحثي أن هذا سيكون ممكنًا بالفعل. أنا وزملائي اكتشاف الطرق التقاط وتخزين حرارة الجسم لتوليد الطاقة باستخدام مواد صديقة للبيئة.
الهدف هو إنشاء جهاز يمكنه توليد الطاقة وتخزينها، ويعمل كبنك طاقة مدمج للتكنولوجيا القابلة للارتداء. قد يسمح ذلك لأجهزة مثل الساعات الذكية أو أجهزة تتبع اللياقة البدنية أو أجهزة تتبع نظام تحديد المواقع (GPS) بالعمل لفترة أطول، أو حتى إلى أجل غير مسمى، من خلال تسخير حرارة أجسامنا.
ليست أجسادنا فقط هي التي تنتج الحرارة المهدرة. في عالمنا المتقدم تقنيًا، يتم توليد كميات كبيرة من الحرارة المهدرة يوميًا، بدءًا من محركات مركباتنا وحتى الآلات التي تصنع السلع.
عادة، يتم إطلاق هذه الحرارة أيضًا في الغلاف الجوي، مما يمثل فرصة ضائعة كبيرة لاستعادة الطاقة. المفهوم الناشئ “استعادة الحرارة المفقودة“يسعى إلى معالجة عدم الكفاءة. ومن خلال تسخير هذه الطاقة المهدرة، يمكن للصناعات تحسين كفاءتها التشغيلية والمساهمة في بيئة أكثر استدامة.
ال التأثير الحراري هي ظاهرة يمكن أن تساعد في تحويل الحرارة إلى كهرباء. يعمل هذا من خلال وجود اختلاف في درجة الحرارة ينتج عنه إمكانات كهربائية، حيث تتدفق الإلكترونات من الجانب الساخن إلى الجانب البارد، مما يولد طاقة كهربائية قابلة للاستخدام.
عادي المواد الحراريةومع ذلك، غالبا ما تكون مصنوعة من الكادميوم, يقود أو الزئبق. وتأتي هذه المخاطر البيئية والصحية التي تحد من تطبيقاتها العملية.
متعلق ب: ما هي الطاقة المتجددة؟
قوة الخشب
ولكننا اكتشفنا أنه يمكنك أيضًا إنشاء مواد كهروحرارية من الخشب، مما يوفر بديلاً أكثر أمانًا واستدامة.
لقد كان الخشب جزءًا لا يتجزأ من الحضارات الإنسانية لعدة قرون، حيث كان بمثابة مصدر لمواد البناء والوقود. نحن نكشف عن إمكانات المواد المشتقة من الخشب لتحويل الحرارة المهدرة، والتي غالبًا ما تُفقد في العمليات الصناعية، إلى كهرباء ذات قيمة.
ولا يؤدي هذا النهج إلى تعزيز كفاءة استخدام الطاقة فحسب، بل يعيد أيضًا تعريف الطريقة التي ننظر بها إلى المواد اليومية باعتبارها مكونات أساسية لحلول الطاقة المستدامة.
فريقنا في جامعة ليمريك، بالتعاون مع جامعة فالنسيا، لقد تطورت طريقة مستدامة لتحويل الحرارة المهدرة إلى كهرباء باستخدام المنتجات الخشبية الأيرلندية، على وجه الخصوص اللجنين، وهو منتج ثانوي لصناعة الورق.
تظهر دراستنا أن الأغشية المعتمدة على اللجنين، عند نقعها في محلول ملحي، يمكنها تحويل الحرارة المهدرة ذات درجة الحرارة المنخفضة بكفاءة (أقل من 200 درجة مئوية) إلى كهرباء. يؤدي اختلاف درجة الحرارة عبر غشاء اللجنين إلى تحرك الأيونات (الذرات المشحونة) الموجودة في المحلول الملحي. تنجرف الأيونات الموجبة نحو الجانب الأكثر برودة، بينما تتحرك الأيونات السالبة نحو الجانب الأكثر دفئًا. يؤدي هذا الانفصال للشحنات إلى خلق فرق جهد كهربائي عبر الغشاء، والذي يمكن تسخيره كطاقة كهربائية.
منذ حوالي 66% من حرارة النفايات الصناعية يقع هذا الابتكار ضمن نطاق درجات الحرارة هذا، ويقدم فرصة كبيرة لحلول الطاقة الصديقة للبيئة.
هذه التكنولوجيا الجديدة لديها القدرة على إحداث فرق كبير في العديد من المجالات. يمكن للصناعات مثل التصنيع، التي تنتج كميات كبيرة من الحرارة المتبقية، أن تشهد فوائد كبيرة من خلال تحويل تلك الحرارة المهدرة إلى كهرباء. وهذا من شأنه أن يساعدهم على توفير الطاقة وتقليل تأثيرهم على البيئة.
يمكن استخدام هذه التقنية في بيئات مختلفة، بدءًا من توفير الطاقة في المناطق النائية وحتى تشغيل أجهزة الاستشعار والأجهزة في التطبيقات اليومية. كما أن طبيعتها الصديقة للبيئة تجعلها حلاً واعداً لتوليد الطاقة المستدامة في المباني والبنية التحتية.
المشكلة مع التخزين
إن الحصول على الطاقة من الحرارة المهدرة هو مجرد خطوة أولى؛ تخزينها بشكل فعال أمر بالغ الأهمية بنفس القدر. المكثفات الفائقة هي أجهزة تخزين الطاقة التي تقوم بشحن وتفريغ الكهرباء بسرعة. وهذا يجعلها ضرورية للتطبيقات التي تتطلب توصيلًا سريعًا للطاقة.
إلا أن اعتمادهم على الوقود الأحفوري مشتق الكربون تثير المواد مخاوف الاستدامة، وتسلط الضوء على الحاجة إلى بدائل متجددة في إنتاجها.
اكتشفت مجموعتنا البحثية أن الكربون المسامي المعتمد على اللجنين يمكن أن يكون بمثابة قطب كهربائي في المكثفات الفائقة لتخزين الطاقة المتولدة من حصاد الحرارة المهدرة باستخدام غشاء اللجنين.
تسمح هذه العملية لغشاء اللجنين بالتقاط وتحويل الحرارة المهدرة إلى طاقة كهربائية، بينما يسهل هيكل الكربون المسامي الحركة السريعة للأيونات وتخزينها. من خلال توفير البديل الأخضر الذي يتجنب المواد الكيميائية الضارة والاعتماد عليها الوقود الأحفورييقدم هذا النهج حلاً مستدامًا لتخزين الطاقة من الحرارة المهدرة.
هذا الابتكار في تكنولوجيا تخزين الطاقة يمكنه تشغيل كل شيء من المستهلك إلكترونيات، التكنولوجيا القابلة للارتداء المركبات الكهربائية.
أعيد نشر هذه المقالة المحررة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. اقرأ المادة الأصلية.
