تُعتبر الحرارة المُهدرة من الجسم والعمليات الصناعية مصدرًا غير مستغل للطاقة، وكشفت أبحاث حديثة عن إمكانية تسخير هذه الحرارة وتحويلها إلى طاقة كهربائية باستخدام مواد مُستدامة وصديقة للبيئة، مثل المواد المشتقة من الخشب، ويُمكن أن يُحدث هذا الابتكار نقلة نوعية في مجالات الطاقة المستدامة وتحسين كفاءة التشغيل في القطاعات الصناعية.
يُمثل تحويل الحرارة المُهدرة إلى طاقة كهربائية باستخدام مواد مُستدامة مثل اللجنين قفزة نوعية في مجال الطاقة النظيفة. من توليد الطاقة من حرارة الجسم إلى استغلال الحرارة الصناعية، تُعزز هذه التقنيات الاستدامة وتُقلل من الأثر البيئي، ما يفتح الباب لمستقبل أكثر كفاءة وابتكارًا وتبرز “البوابة نيوز” ماتوصل اليه الباحثون وفقا لموقع sciencealert.
توليد الطاقة من حرارة الجسم:
• يُنتج الجسم البشري حرارة نتيجة عملية الأيض، إذ تُعادل الحرارة المُنتجة لكل قدم مربعة ما يقارب 19 عود ثقاب في الساعة.
• مع أن معظم هذه الحرارة تتبدد في الهواء دون استفادة، يعمل الباحثون على ابتكار أجهزة تقنية قابلة للارتداء لتوليد الطاقة من هذه الحرارة.
• الهدف هو تطوير أنظمة تُحول حرارة الجسم إلى طاقة كهربائية تُخزن مثل بنك طاقة صغير، ما يُمكن من تشغيل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة.
استغلال الحرارة المُهدرة في الصناعة:
• تُنتج العمليات الصناعية ومحركات السيارات كميات ضخمة من الحرارة التي تضيع دون استفادة.
• يُعرف هذا المبدأ بمفهوم “استعادة الحرارة المُهدرة”، الذي يهدف إلى إعادة استخدامها لتوليد طاقة كهربائية تُحسّن من كفاءة الإنتاج وتُقلل من التأثير البيئي.
• تُمكن هذه التقنية الصناعات من توفير الطاقة وتعزيز الاستدامة، خاصة أن نحو 66% من الحرارة المُهدرة تقع ضمن نطاق درجات حرارة منخفضة يمكن استغلالها.
التقنية الكهروحرارية:
• تعتمد التقنية الكهروحرارية على فرق درجة الحرارة بين سطحين لتوليد طاقة كهربائية.
• تتحرك الإلكترونات من الجانب الأكثر حرارة إلى الجانب الأبرد، ما يؤدي إلى إنتاج جهد كهربائي يُحوّل إلى كهرباء قابلة للاستخدام.
• لكن المواد الحرارية التقليدية مثل الكادميوم والرصاص والزئبق تُشكل مخاطر بيئية وصحية تُعيق تطبيقها على نطاق واسع.
استخدام الخشب لتحويل الحرارة إلى طاقة كهربائية:
1. دور مادة اللجنين:
• اللجنين هو منتج ثانوي من صناعة الورق. أثبتت الدراسات إمكانية استخدام أغشية اللجنين، عند نقعها في محلول ملحي، لتحويل الحرارة منخفضة الدرجة إلى طاقة كهربائية بكفاءة عالية.
• يحدث هذا التحول عبر فرق درجة الحرارة الذي يدفع الأيونات المشحونة للتحرك في اتجاهين متعاكسين:
• الأيونات الموجبة تتحرك نحو الجانب الأبرد.
• الأيونات السالبة تتحرك نحو الجانب الأكثر حرارة.
• هذا الفصل بين الشحنات يُولّد فرق جهد كهربائي قابل للاستغلال.
2. نطاق التطبيق:
• يُعتبر هذا الابتكار مثاليًا للحرارة المُهدرة ضمن نطاق أقل من 200 درجة مئوية.
• يُمكن استخدامه في قطاعات متنوعة تشمل:
• الصناعات الثقيلة التي تُنتج كميات ضخمة من الحرارة المُهدرة.
• الأجهزة الإلكترونية اليومية.
• المناطق النائية حيث يُعد توفير الطاقة تحديًا كبيرًا.
• بفضل مواده الصديقة للبيئة، يُساهم هذا النهج في تعزيز استدامة الطاقة.
تحديات تخزين الطاقة:
• يُعد تخزين الطاقة من التحديات الرئيسية، خاصة عند توليدها من مصادر مُتقطعة كالحرارة المُهدرة.
• تُستخدم المكثفات فائقة التخزين لتخزين الطاقة بسرعة وتفريغها حسب الحاجة، لكنها تعتمد على المواد الكربونية المشتقة من الوقود الأحفوري، مما يُعيق استدامتها.
الحلول المستدامة لتخزين الطاقة:
• طور الباحثون أقطابًا كهربائية مصنوعة من الكربون المسامي المستخرج من اللجنين لتخزين الطاقة المُولدة من الحرارة المُهدرة.
• تُتيح هذه التقنية:
1. التقاط الحرارة المُهدرة وتحويلها إلى كهرباء عبر أغشية اللجنين.
2. تخزين الطاقة بسرعة بفضل بنية الكربون المسامي التي تُسهّل حركة الأيونات داخل المكثفات الفائقة.
• هذا النهج يُقدم بديلًا صديقًا للبيئة يُقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري والمواد الضارة، ويُعزّز حلول الطاقة المُستدامة.
التطبيقات المستقبلية:
• يمكن استخدام هذه التكنولوجيا في مجالات متعددة:
1. تحسين كفاءة الطاقة في الصناعات الكبرى.
2. تشغيل الأجهزة التكنولوجية القابلة للارتداء مثل الساعات وأجهزة الاستشعار.
3. دعم المجتمعات النائية بتوفير مصادر طاقة مُستدامة.
4. تطبيقات في البنية التحتية الذكية لتوليد الطاقة في المباني.
• بفضل موادها المُستدامة وتكلفتها المنخفضة، تُشكّل هذه التقنية حلاً واعدًا للمستقبل.
