أشرق منذ عامين ضوء ضعيف على أحد أسطح مدينة كاليفورنيا في إحدى ليالي كانون القارسة بمساعدة هواء الليل البارد. لم يكن الضوء متوهجًا للغاية لكنه كان كافيًا لإثبات إمكانية توليد طاقة متجددة بعد غروب الشمس. أنتج عالم العتاديات Aasiwath Raman من جامعة لوس أنجلوس بالعمل مع مهندسين من جامعة ستانفورد هما Wei LiوShanhui Fan جهازًا قادرًا على توليد جهد كهربائي من خلال تحويل دفء النهار المتبقي إلى نسمات من الهواء البارد. يقول Raman: يسلط عملنا الضوء على الفرص العديدة المتبقية في توليد الطاقة من خلال استغلال برودة الفضاء الخارجي باعتبارها مصدرًا للطاقة المتجددة.
ويضيف: نعتقد أن هذا الأمر بمثابة أساس لتكنولوجيا متكاملة للطاقة الشمسية. بما أن خرج الطاقة سيكون قليلًا بصورة ملحوظة فإن بإمكان الجهاز العمل خلال الساعات التي تعجز فيها الخلايا الضوئية عن العمل.
بالنسبة للاعتبارات المختلفة المتعلقة بالطاقة الشمسية فإنها ليست طاقة تدوم 24 ساعة طوال أيام الأسبوع. نستطيع تخزين هذه الطاقة في بطارية ضخمة أو استخدامها لنملأ خزانًا بالمياه لاستخدامها لاحقًا، وإلى أن نجد حلولًا اقتصادية أكثر سيكون الليل هو الوقت المناسب لاستثمار الطاقة الشمسية المتجددة.
يعود معظمنا من العمل عند غروب الشمس وتصل حينها متطلبات استهلاك الطاقة إلى ذروتها كي تغطي احتياجاتنا المتعلقة بالتدفئة والطهي والتسلية والإنارة.
لسوء الحظ؛ نلجأ غالبًا لاستخدام الوقود الأحفوري غير المتجدد لنغطي نقص الطاقة. أما بالنسبة للذين يعيشون في مجتمعات أقل رفاهية فإنهم سيضطرون إلى الحد من الخدمات التي يستخدمونها والتخلي عن الكماليات.
يفهم Shanhui Fan الحاجة إلى مصدر طاقة متجدد خلال الليل وقد عمل على عدد من الأجهزة المشابهة التي تضمنت جهازًا قلَب الخلايا الكهروضوئية رأسًا على عقب من خلال توليد الطاقة الكهربائية من التوهج الحراري الناتج عن سخونة سطح الكوكب بسبب أشعة الشمس.
طالما أن عمل الجهاز قائم على الخصائص البصرية للجسم الدافئ، فإن الجهاز البديل يحاول استغلال فائدة التأثير الكهروحراري. يستطيع المهندسون باستخدام مادة تدعى المزدوجة الحرارية تحويل التغير في درجة الحرارة إلى تغير في الجهد الكهربائي.
يتطلب الأمر شيئًا دافئًا نسبيًا على أحد الطرفين، ووسطًا يسمح بعبور الطاقة الحرارية إلى الطرف الآخر. إن النظرية هي الجزء السهل؛ لكن يكمن التحدي الحقيقي في ترتيب المواد بطريقة تدفع تلك المواد لتوليد الجهد من الحواشي الباردة التي بدورها تجعله ذا قيمة.
استخدم الفريق مواد بسيطة ورخيصة في متناول اليد لتقليل التكاليف؛ إذ صمم أعضاء الفريق مولدًا كهروحراريًا رخيصًا ووصلوه بصحن من الألمنيوم الأسود لحفظ الحرارة في هواء المساء حين يواجه السماء. وُضع المولد داخل حاوي بلاستيكي شفاف مغلق بإحكام مع نافذة شفافة للأشعة تحت الحمراء موصولة بضوء صغير.
تُرك الصندوق لمدة ست ساعات في إحدى الليالي ليبرد على سطح في ستانفورد حيث انخفضت درجة الحرارة إلى ما دون الصفر. عندما تدفقت الحرارة من الأرض إلى السماء أنتج المولد الصغير تيارًا كافيًا ليومض ضوء صغير فقط.
يولد الجهاز في أفضل حالاته حوالي 0.8 مل واط من الطاقة، أي ما يعادل 25 مل واط من الطاقة لكل متر مربع. تكفي هذه الطاقة للحفاظ على عمل جهاز للمساعدة في السمع مثلًا، وعند تجميع العديد منها معًا، قد تكون قادرة على إبقاء قطك منبهرًا بمؤشر ليزر بسيط. لذلك إننا لا نقصد كميات هائلة من الطاقة.
تعتبر النماذج الأولية نقطة انطلاق رائعة. يقترح الفريق أنه مع التعديل الصحيح والظروف المناسبة، فإن 500 مل واط لكل متر مربع ليس بالأمر المستحيل.
يقول رامان: فيما عدا الإضاءة، نعتقد أن هذا الأمر قد يكون وسيلة تمكينية لتوليد الطاقة على نطاق واسع ومناسب للأماكن البعيدة، وأي مكان يحتاج إلى توليد الطاقة في الليل.
أثناء بحثنا عن أفكار كبيرة ومشرقة لدفع الثورة نحو مصادر الطاقة المتجددة، من المهم ألا ندع الحلول الصغيرة والبسيطة تفلت من أيدينا.
روابط ذات صلة:
علماء يصممون جهازا يحول غاز ثاني أكسيد الكربون لوقود سائل
تمكن العلماء من ابتكار ذكاء اصطناعي من لوح من الزجاج
ترجمة: كارينا معوض
تدقيق: محمد نجيب العباسي
مراجعة: نغم رابي
