توليد الكهرباء من تساقط الثلوج

إن الحرب التي تخوضها البشرية اليوم هي حرب الطاقة، لأن الطاقة هي العصب الرئيسي في استمرارنا على قيد الحياة، وبما أنَّ المخزون البترولي العالمي سينفد في يوم من الأيام؛ أدرك العلماء أهمية إيجاد مصادر طاقة متجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الأمواج وطاقة الرياح. 

اليوم البشرية تخطو خطوة جديدة على طريق تحقيق استدامة في الطاقة؛ فقد اخترع مجموعة من العلماء جهازًا جديدًا قادرًا على توليد الكهرباء من تساقط الثلوج.

تواجه محطات الأرصاد الجوية الموجودة في الأماكن المغطاة بالثلوج الكثيرَ من العقبات المعرقلة لسير العمل، ومنها تراكم الثلوج والكلفة العالية والصيانة والحجم الكبير، والأهم من كل ذلك الحاجة إلى مصدر طاقة مستدام للعمل في مثل هذه الظروف الجوية القاسية.

يمثل الوصول إلى مصادر الطاقة المستدامة، بما في ذلك الطاقة الشمسية وتوربينات الرياح، في المناطق التي تتساقط فيها الثلوج على نحو متكرر تحديًا كبيرًا. يمكن أن تؤثر الظروف المناخية القاسية - مثل فترات النهار القصيرة، وتراكم الثلج الكثيف ودرجات حرارة دون الصفر - في توليد الطاقة في هذه المناطق.

لقد لاحظ العلماء سابقًا أنَّ الثلوج تحمل شحنات موجبة عند درجات حرارة معينة، لكن الأمر لم يستغل أو يُستفاد من تطبيقاته من قبل.[2]

أما اليوم فقد اخترع العلماء جهازًا جديدًا يعد الأول من نوعه، إذ يستطيع توليد الكهرباء من تساقط الثلوج، وذلك اعتمادًا على مبدأ التأثير الكهربائي الذي ينص على أنه لتوليد الكهرباء يلزم التلامس بين مادتين تحملان شحنتين مختلفتين. 

قال الكيميائي ماهر القاضي من جامعة كاليفورنيا وهو أحد العاملين في هذا المشروع: "الثلج مشحون بالفعل بشحنة موجبة لماذا لا تحضر مادة أخرى مشحونة بشحنة سالبة وتستخرج الكهرباء الكامنة فيه".

في الحقيقة لا يعدُّ هذا الاختراع اختراعًا حديثًا بالمطلق، لأنه يعتمد على مولد النانو الكهربائي الذي يعمل على مبدأ الاستفادة من توافر مادتين بشحنتين مختلفتين لتوليد الكهرباء، ولكن هذه أول مرة يستفاد من مولد النانو الكهربائي كجهاز يولد الكهرباء من تساقط الثلوج.

يوجد الكثير من الأمثلة التطبيقية الأخرى لمولد النانو الكهربائي، ومنها توليد الكهرباء من تساقط الأمطار أو من الحركة الفيزيائية للأجسام أو من احتكاك عجلات السيارة بالطريق أو حتى المشي على الألواح الأرضية.

في كل الأمثلة السابقة لاستخدامات مولد النانو الكهربائي؛ فإن المبدأ العلمي واحد، لكن الاختلاف بطريقة العمل حيث تختلف المواد أو آلية الحركة.

إن الكهرباء تنتج عن انتقال وحركة الإلكترونات، وبما أن الثلج لديه شحنة موجبة وهو مستعد لتقديمها إلى أجسام أخرى؛ فإن فاعلية الجهاز الجديد تعتمد على نوع المادة الأخرى المستقبلة للشحنة، بمعنى آخر فاعلية الجهاز تعتمد على قابلية المادة المستقبلة للشحنة على استقبال أكبر قدر من الشحنة، بعد اختبار عدد كبير من المواد وُجد أنَّ استخدام السيليكون كمادة بشحنة سالبة كان الأكثر كفاءة.[1]

مع وجود السيليكون في مكانه كطبقة تحتك مع الثلوج؛ فإنه يوجد العديد من الطرائق الممكن تطبيقها لتوليد الشحنة الكهربائية، إحداها وضع هذه الطبقة أسفل نعل حذاء.كما في الصورة:

في الوقت الراهن تعد كمية الطاقة الكهربائية المنتجة في تجارب الأداء لهذه الطريقة ضئيلة بعض الشيء، لكن يعتقد العلماء أننا نستطيع الاستفادة منها على نحو كبير وتوظيفها في مجالات كثيرة، وذلك لأن المساحة التي تغطيها الثلوج من سطح الكرة الأرضية تعد كبيرة جدًّا (نحو 46 مليون كيلو متر مربع)، وهذا يجعل فرص الاستفادة من هذه التقنية كبيرة، إذ يعتقد العلماء أنه يمكننا دمج هذه التقنية مع الألواح الشمسية، وذلك لتوليد الطاقة في الظروف الجوية الغائمة، كما يمكن الاستفادة منها وجعلها كأشياء قابلة للارتداء، وذلك بهدف تتبع النشاط الحيوي للأشخاص الذين يتحركون في بيئة ثلجية.[1]

بفضل خفة وزنه وثباته وقابليته للتوافق؛ فإن الجهاز الجديد القابل للارتداء يمكن الاستفادة منه كمنبع كهربائي للأجهزة الإلكترونية، ولتتبع النشاط الحيوي للبشر؛ فإن أداء الجهاز يعتمد على مقدار تأثره بتساقط الثلوج، وهذا يعتمد على الموقع الدقيق الذي دمج فيه الجهاز، فتختلف إشارة الخرج الناتجة حسب موقع دمجه مع جسم الشخص المرتدي له فيما إذا كان موقعه هو الرسغ أو الكتف أو الركبة.

توضح الصورة الآتية إشارة الخرج للجهاز وهو مرفق بنعل حذاء وعلى اتصال مباشر مع الثلوج، حيث يمكن الاستفادة من هذه الإشارة لتحديد الأنشطة المختلفة التي يؤديها  مرتدو الجهاز، وذلك لقدرته على تحديد كثافة الحركة ونوعيتها:

ما رأيك بهذا الاختراع الجديد؟ وهل سيأتي اليوم الذي نصبح فيه قادرين على الاستغناء عن جميع مصادر الطاقة الأحفورية؟!

المصادر:

1- هنا

2- هنا