فرق الملوحة بين المياه مصدر جديد للطاقة النظيفة لم يتم استغلاله بعد
هناك مصدر طاقة غير مستغل إلى حد كبير على طول سواحل العالم: الفرق في الملوحة بين مياه البحر والمياه العذبة. يمكن لجهاز نانوي جديد تسخير هذا الاختلاف لتوليد الطاقة النظيفة.
أبلغ فريق من الباحثين في جامعة إلينوي في ولاية شيكاغو عن تصميم لجهاز نانوفلويديك قادر على تحويل التدفق الأيوني إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام في مجلة Nano Energy.
يعتقد الفريق أنه يمكن استخدام أجهزتهم لاستخراج الطاقة من التدفقات الأيونية الطبيعية عند حدود مياه البحر والمياه العذبة.
“هل يمكن لجهاز الحالة الصلبة النانوي استخراج الطاقة من التدفق الأيوني؟”
عندما يلتقي جسمان مائيان لهما ملوحة مختلفة ، مثل المكان الذي يصب فيه النهر في المحيط ، تتدفق جزيئات الملح بشكل طبيعي من تركيز أعلى إلى تركيز أقل. .
يمكن حصاد طاقة هذه التدفقات لأنها تتكون من جسيمات مشحونة كهربيا تسمى الأيونات التي تتكون من الملح المذاب.
صممت مجموعة جان بيير ليبورتون، أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر بجامعة إلينوي جهازا شبه موصل على المستوى النانوي يستفيد من الأيونات المتدفقة والشحنات الكهربائية في الجهاز، فعندما تتدفق الأيونات عبر قناة ضيقة في الجهاز، فإن القوى الكهربائية تتسبب في انتقال شحنات الجهاز من جانب إلى آخر؛ مما يخلق جهدا وتيارا كهربائيا.
وهذا الجهاز أشباه الموصلات النانوية يستفيد من ظاهرة تسمى “جذب كولوم”. او “قوة كولوم” تعبر عن الجاذبية أو الانجذاب بين الشحنات المتنافرة أو المتجاذبة على التوالي. بين الأيونات المتدفقة والشحنات الكهربائية في الجهاز. فعندما تتدفق الأيونات عبر قناة ضيقة في الجهاز ، تتسبب القوى الكهربية في انتقال شحنات الجهاز من جانب إلى آخر مما يخلق الجهد والتيار الكهربائي.
“كما هو جدير بالملاحظة ، تشير الدراسة إلى أن هناك تأثير تضخيم” قال Mingye Xiong ، طالب دراسات عليا في مجموعة ليبورتون والمؤلف الرئيسي للدراسة. “نظرا لأن الأيونات المتحركة ضخمة جدا مقارنة بشحنات الجهاز ، فإن الأيونات تنقل كميات كبيرة من الزخم إلى الشحنات ، مما يؤدي إلى تضخيم التيار الأساسي.”
ووجد الباحثون أيضا أن هذه التأثيرات مستقلة عن تكوين القناة المحدد وكذلك اختيار المواد، شريطة أن يكون قطر القناة ضيقا بما يكفي لضمان القرب بين الأيونات والشحنات.
يعمل الباحثون على تسجيل براءات اختراع للنتائج التي توصلوا إليها ، وهم يدرسون كيف يمكن لمصفوفات هذه الأجهزة أن تتوسع لتوليد الطاقة العملية.
مستقبل استخراج الطاقة من التدفق الأيوني
“نعتقد أن كثافة الطاقة لمجموعة الأجهزة يمكن أن تلبي أو تتجاوز كثافة الخلايا الشمسية” ، قال ليبورتون. “وهذا ناهيك عن التطبيقات المحتملة في مجالات أخرى مثل الاستشعار الطبي الحيوي وعلم الموائع النانوية.”
المسارات المختلفة نحو مستقبل منخفض الانبعاثات لها آثار مختلفة على استخدام المياه. بعض التقنيات منخفضة الانبعاثات مثل الوقود الحيوي أو الطاقة الشمسية المركزة أو احتجاز الكربون أو الطاقة النووية لها متطلبات مائية عالية. بدون بذل جهود للحد من استخدام المياه في هذه التقنيات وكذلك في إمدادات الطاقة الأحفورية ، فإن الطريق إلى خفض الانبعاثات يمكن أن يؤدي إلى تفاقم الإجهاد المائي أو الحد منه
لذلك تعتبر هذه التقنية مناسبة جدا للتقليل من الانبعاثات ذات التاثير السلبي على البيئة وسلامة الكائنات، وأيضا على التغير المناخي، وأيضا لا تسبب إجهاد مائي ومتطلباتها المائية موجودة بالفعل في الطبيعة (التقاء الماء المالح من البحار والمحيطات بالماء العذب) ولكن لم يتم استغلالها بالشكل الأمثل. ويمكن أيضا الحصول على هذه المتطلبات بشكل صناعى في محطات تحلية ومعالجة المياه أو إنشاء محطات خاصة بهذه التقنية. فيجب استغلال هذه التقنية والاستفادة منها والعمل على نشرها والتطوير منها للحصول على مصدر للطاقة متجدد وصديق للبيئة.
المصادر:
