مولّد كهروحراري يحصد طاقة متجددة من برودة الفضاء

نموذج تجريبي لتغذية مصباح واحد

تتمتع الألواح الشمسية بفاعلية عالية، لكن أكبر تحدياتها هو أنها تنتج الطاقة خلال النهار فقط، أي أن فائض الطاقة التي تنتجها يتطلب تخزيناً ليتم استخدامه في الليل.
واليوم، نجح مهندسون من جامعة كاليفورنيا، لوس أنجليس، في تطوير نموذج تجريبي يعمل بطريقة معاكسة، أي أنه يحصد الطاقة من سماء الليل الباردة لتزويد المصابيح بالطاقة الكهربائية.
يعتمد الجهاز الجديد على مبدأ الكهرباء الحرارية، الذي يتولد فيه التيار الكهربائي من اختلاف درجات الحرارة بين سطحين. وقد تساهم هذه الفكرة أخيراً في صناعة أنابيب العوادم (الموجودة في السيارات) الكهروحرارية التي سوف تساعد في شحن بطاريات السيارات، وكذلك صناعة أدوات الطهي في المخيمات التي تشحن الهواتف، والملابس التي تعتمد على حرارة الجسم لتزويد الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء.
يستخدم الجهاز الكهروحراري ظاهرة غريبة أخرى تعرف باسم «التبريد الإشعاعي»، وهي ظاهرة تُرى غالباً في الأسطح المواجهة للسماء في الليل، التي تصبح أكثر برودة من الهواء المحيط؛ لأنها تشع الحرارة باتجاه الفضاء مباشرة، على اعتبار أن الغلاف الجوي لا يحجب الطاقة تحت الحمراء. وكانت التجارب السابقة التي أجريت على التبريد الإشعاعي قد أثبتت إمكانية استخدامه وسيلةً لتبريد المباني دون الحاجة إلى استخدام الطاقة.
هذا الأمر دفع بمهندسي جامعة كاليفورنيا إلى استخدام المبدأين معاً لبناء مولد كهروحراري يتألف من أسطوانة من الفولاذ الصلب المطلي باللون الأسود، تستقر في صندوق من البوليستيرين الملفوف بورق الألمنيوم. ويساهم هذا الأمر في حبس الهواء في الداخل الدافئ نسبياً، بينما تلعب الأسطوانة دور السطح البارد المواجه للسماء.
تستغل الوحدة الكهروحرارية اختلاف درجات الحرارة بين القرص والهواء المحيط لتوليد الكهرباء. وعند وصلها برافع للجهد (نوع من محولات التيار الكهربائي المستمر) ومصباح من الصمامات الثنائية الباعثة للضوء «ليد» أبيض صغير، نجحت الوحدة في توليد الطاقة الكافية للإبقاء على ضوء المصباح.
اختبر الفريق البحثي الجهاز على سطح مكشوف خلال ليلة كاملة، وقاس الباحثون إنتاج المولد خلال ست ساعات.، فوجدوا أنه نجح في إنتاج 25 ملي واط في المتر المربع. قد لا تكون كمية الطاقة هذه كبيرة، لكنها إثبات لا يقبل الشك على فاعلية هذا التصميم، ولا سيما أن الباحثين قد أكدوا على إمكانية زيادة هذه الكمية لإنتاج 0.5 واط في المتر المربع وبسهولة تامة.
يمكن استخدام هذا النوع من المولدات الكهروحرارية بالتزامن مع الألواح الشمسية، ليعمل كلا النظامين على مدار الساعة في حصاد الطاقة المتوفرة.
ويقول آسواث رمان، الباحث الرئيسي في الدراسة المنشورة في دورية «جول»، إن «عمل الفريق يسلط الضوء على الفرص الكثيرة المتوفرة لإنتاج الطاقة عبر الاستفادة من الفضاء الخارجي البارد مصدراً للطاقة المتجددة. ونعتقد أن هذا الابتكار يشكل أساساً لتقنية مكملة للتقنية الشمسية. صحيح أن إنتاج هذا الخيار من الطاقة قد يكون منخفضاً نسبياً، لكنه دون شك قادر على العمل خلال الساعات التي تكون فيها الخلايا الشمسية متوقفة عن العمل».