بطارية ورقية مصدرُ طاقتها البكتيريا

رُبّما يكونُ أحدث ما توصلنا إليه في مشتقات الطاقة المُستدامة والمنخفضةِ التكلفة هو ما طوَّره فريقٌ من الباحثين في جامعةِ الولاية -نيويورك، بينغهامتون- من بطارية ورقية تَستخدمُ البكتيريا مصدرًا للطاقة.

بطاريةٌ عضويةٌ خارقةٌ:

مُسلَّحِينَ بالعزم على تطوير الجيل الجديد من الإلكترونيات القادرة على التكامل مع المحيط غير المُستقِر الناتجِ عن إنترنت الأشياء IoT؛  وفي الوقت نفسه؛ أن يكون صديقاً للبيئة للتقليل من الزيادة الكبيرة في الهَدْرِ الإلكتروني e-waste-؛ اخترعوا بطاريةً عُضوية: بدايةً؛عبر تجميع طبقاتٍ رقيقةٍ من المواد المطبوعة على شكل ورق، وفي الخُطوةُ التالية؛ استخدموا بكتيريا تدعى Exoelectrogens، وقد اختيرت هذه البكتيريا لقدرتِها على إطلاقِ الإلكتروناتِ خارجَ خلاياها، والتي تُنتج طاقةً عندما تتفاعل مع اللُّعاب أو الماء.

حتى الآن نعلمُ ما يأتي:

1- تحتاجُ العمليةُ دقيقةً لتعمل، وهي مرة واحدة فقط.

2- يُمكنها تخزينُ الطاقةِ فترةً تَصِلُ إلى أربعةِ أشهر.

3-عند الاختبار؛ كانَ إنتاجُ الطاقةِ كافيًا لتشغيل آلة حاسبة، إضافةً إلى ثُنائي باعث ضوئي LED.

الإعلانُ عن هذه التكنولوجيا:

في العادة يُشاركُ العلماءُ عملَهم مع المجتمع العلمي (للإجابة عن سؤال: "كيف يعملُ هذا الشيء؟")، ومن ثَمَّ تسجيلُ براءةَ الاختراع، وجمعُ الدعمِ من الصناعيين الكبار (للإجابة عن السؤال المهم الآخر:"كيف سيعمل هذا الشيء؟").

تضمنتِ المرحلةُ الأُولى تقديمَ المشروعِ في الاجتماع والمعرضِ القومي للجمعية الكيميائية الأمريكية ACS؛ هذا المعرض هو المكان الأمثل لعرض البحث الجديد؛ إذ إنَّ الـ"ACS" يُمثّل واحدًا من أكبر التجمعات للعقول العلمية في العالم، فهناك سيوخيون تشوي-البروفيسور المساعد في قسم الهندسة الكهربائية والكمبيوتر في الجامعة، والذي قدَّم تفاصيل المشروع في الاجتماع- شرحَ إمكانيات هذه التكنولوجيا في مجالات الطاقة والإلكترونيات، إذ يقول تشوي:

"للورق مميزات عدة عند استخدامه مادّةً للمستشعرات العضوية؛ لأنّه منخفضُ التكلفة، ويُمكِنُ التخلص منه، ومرنٌ ولديه مساحة سطحية كبيرة، ومع ذلك؛ تحتاجُ المستشعراتُ المعقدةُ لمزوَّدِ طاقة، لأنَّ البطاريات التجارية تَهدر كثيرًا ومكلفةٌ جدًّا، ولا يمكن دمجها مع المستشعرات ذات الركيزةِ الورقية، والحل الأمثل هو بطارية عضوية ورقية."

طوّرَ الباحثون سابقًا مستشعراتٍ عضويةً ورقيةً قابلةً للفك من أجل التشخيص الرخيص والمناسبِ للأمراض والحالات الصحية، إضافة إلى تحديد الملوثات البيئية، وتعتمدُ كثيرٌ من هذه الأجهزة على التغيُّرات اللونية لتُعطي نتائج، لكنّها لا تمتلك الحساسية الكافية. ولكن لرفع الحساسية فهي تحتاج مُزوّدَ طاقة، وقد أرادَ تشوي أن يطوّر بطارية ورقية غير مكلفةٍ تُشَغَّل بالبكتيريا كي تُدمَج بسهولةٍ مع هذه الأجهزة ذات الاستخدام الواحد.

استقصى الباحثون أثر الأوكسجين على أداء هذا الجهاز أيضًا؛ إذ إنَّ الأوكسجين يمرُّ بسهولة عبر الورق، ويمتصُّ الإلكتروناتِ التي تُنتجها البكتيريا قبل أن تصِلَ إلى القطب الكهربائي، ووجد الفريق أنَّه على الرغم من تقليل الأوكسجين لإنتاج الطاقة؛ فالأثر كان مهملًا، والسبب أنَّ الخلايا البكتيرية كانت ملتصقة بالنسيج الورقي (كما في الصورة أدناه)، مما أزال الإلكترونات بعيدًا نحو القطب الموجب قبل أن يتدخل الأوكسجين.

العمل مستمر:

على الرغم من أن العمل المُنجَز بواسطة الفريق أنتجَ حتى الآن نتائجَ واعدة، فهم يقرّون بأنهم بحاجة إلى تكثيف جهودِ البحث والتطوير، لرفع مستوى التكنولوجيا كي تُحقِّق الهدفَ الأصلي الذي صُمِّمَتْ من أجله.

يقولُ البروفيسور تشوي أن الخطوات التالية هي:

"يجبُ رفعُ الأداءِ الطاقي قرابة 1000 ضعف من أجل معظم التطبيقات العملية، وهذا يمكن إنجازه عبر تجميع ووصل عدة بطاريات ورقية."

هناك مناطق في العالم يستمرُّ فيها الناسُ بمواجهة تحدياتٍ كبيرة بسبب المصادر المحدودة، وتملك البطاريات العضوية الإمكانية لإحداث فرق في هذا الوضع.

أُنجِزت مشاركة تفاصيل الدراسة في مقالة بعنوان "دمج البكتيريا الإلكترونية مع الورق"، والتي نشرت في مجلة Advanced Materials (دراسة مرجعية 1) في شهر تموز/يوليو.

المصادر: 

1- هنا 

2- هنا 

الدراسات المرجعية: هنا