سولارابيك، سنغافورة- 19 أبريل 2025: كشف باحثون عن طريقة مبتكرة وواعدة لتوليد الكهرباء بكفاءة عالية من قطرات الماء المتساقطة، الشبيهة بقطرات المطر، باستخدام ظاهرة فيزيائية معروفة ولكن بتصميم جديد يعتمد على ما أسموه “التدفق السدادي”. يفتح هذا التطور الباب أمام إمكانية حصاد الطاقة من المطر في المناطق الحضرية، مقدماً بديلاً واعداً للطاقة النظيفة والمتجددة.
التحدي والحل: تجاوز قيود الطرق التقليدية
تُسخّر محطات الطاقة الكهرومائية حركة كميات هائلة من المياه لتوليد الكهرباء عبر التوربينات، لكنها تقتصر على مواقع محددة كالأنهار والسدود. سعى العلماء لإيجاد طرق بديلة للاستفادة من كميات المياه الصغيرة، مركزين على ظاهرة “فصل الشحنات” التي تحدث طبيعياً عندما يتحرك الماء على سطح موصل، مولداً كهرباء ساكنة (شبيهة بتلك التي تتكون عند حك بالون بالجلد). واجهت هذه الطرق تحدياً كبيراً يتمثل في كفاءتها المنخفضة جداً، لأن توليد الشحنات يقتصر على منطقة التلامس المحدودة بين الماء والسطح. لم تنجح محاولات زيادة هذه المساحة باستخدام قنوات دقيقة (ميكروية أو نانوية) لأن الماء لا يتدفق فيها بسهولة، وضخه يستهلك طاقة أكثر مما يُنتج. تغلب فريق البحث بقيادة سيولينج سوه وتشي كيت آو من سنغافورة على هذه العقبات بتصميم يعتمد على أنابيب أوسع (قطر 2 مم وطول 32 سم) ونمط تدفق فريد.
“التدفق السدادي”: آلية مبتكرة وكفاءة مذهلة
ابتكر الفريق نظاماً بسيطاً تتساقط فيه قطرات ماء بحجم قطرات المطر من إبرة معدنية إلى داخل أنبوب عمودي مطلي بالبوليمر. يؤدي تصادم القطرات عند مدخل الأنبوب إلى تكوين نمط تدفق غير مستمر يُعرف بـ “التدفق السدادي”، حيث تتشكل أعمدة قصيرة من الماء يفصل بينها جيوب من الهواء. أثناء هبوط هذه “السدادات” المائية داخل الأنبوب، يحدث فصل فعال للشحنات الكهربائية. يتم تجميع الماء في الأسفل، بينما تُحصَد الكهرباء المتولدة عبر أسلاك متصلة بأعلى الأنبوب وبالكوب الجامع. أظهرت النتائج أن هذا النظام حوّل أكثر من 10% من طاقة سقوط الماء إلى كهرباء، وهي كفاءة عالية لافتة. أنتج هذا النظام كهرباء تزيد بمقدار خمس مراتب مقدار (مئة ألف مرة) مقارنة بتدفق الماء المستمر في نفس الأنبوب، وذلك حتى عند سرعات قطرات أبطأ من سرعة سقوط المطر الطبيعي.
تطبيقات واعدة وقابلية للتوسع
أثبت الباحثون إمكانية مضاعفة الطاقة المنتجة باستخدام أنابيب متعددة تعمل معاً، حيث نجحوا في تشغيل 12 مصباح LED بشكل مستمر لمدة 20 ثانية باستخدام أربعة أنابيب فقط. يشير هذا إلى قابلية النظام للتوسع. يرى الباحثون أن تقنية “التدفق السدادي” قد تكون أبسط في التركيب والصيانة مقارنة بمحطات الطاقة الكهرومائية التقليدية، وتُعتبر ملائمة بشكل خاص للمساحات الحضرية مثل أسطح المباني، مما يفتح آفاقاً جديدة لحصاد طاقة الأمطار كمصدر نظيف ومستدام للكهرباء.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: acs
IMAGE CREDIT: CANVA
