الباحثون يطورون مادة جديدة لتحويل الحرارة المتبددة إلى كهرباء!
استطاع الباحثون تطويرَ مادة جديدة تعمل على تحويل #الحرارة المنبعثة من عوادم السيارات والمنطلقة في الغلاف الجوي؛ إلى كهرباء.
والمادة الكهرو-حرارية المذكورة يمكنها توليد أربعة أضعاف #الطاقة مقارنة بالمواد الأخرى، ويضيف الفريق أنه من الممكن أن تُستخدم في زيادة عدد الأميال في المركبات أو إعادة إنتاج الطاقة مرة أخرى في محطات توليد الطاقة باستخدام النفايات المطروحة.
يوضح التقرير أن غالبية مدخلات الطاقة الصناعية تُفقد على شكل حرارة ضائعة، وأن تحويل بعضٍ منها إلى طاقة مفيدة من الممكن أن يؤدي إلى خفض استهلاك الوقود الأحفوري وانبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون.
يتكون المركب الجديد من النيوبيوم، الحديد، الأنتيمون والتيتانيوم وقد تم إنتاجه بواسطة تقنية تدعى “الضغط الساخن” باستخدام مكبس هيدروليكي لتطبيق مستويات عالية من الحرارة والضغط على المادة.
وبتطبيق حرارة عالية على المعدن تقدر ب 2000 درجة فهرنهايت -ما تعادل 1093 درجة مئوية- تبين للفريق الباحث في #جامعة هوستن أنه بمقدورهم إنتاج عامل طاقة عالٍ، غير اعتيادي.
ويمثل معامل الطاقة للمادة هو نسبة الطاقة المستمدة من مولدات التيار الكهربائي مقابل الطاقة المستهلكة فعلياً. فمثلاً إن كان للمادة عامل طاقة يقدر ب 1 فهذا يعني أنها تستهلك جميع الطاقة المقدمة إليها عبر مولدات الكهرباء، والمذهل أن لمادتنا هذه عامل طاقة يقدر ب 55!
ويوضح الموضوع، الباحث الرئيسي في الفريق السيد زيفنغ راين، أن عامل طاقة بقيمة 40، لمعظم المواد الكهرو-حرارية، يعتبر جيداً علما أن معظمها يتراوح ما بين 20 والـ 30.
المواد الكهرو-حرارية تنتج الكهرباء عبر توجيه التيار الحراري الحادث من منطقة أكثر دفئاً إلى منطقة أكثر برودة، محولة فرق الحرارة إلى توتر #كهربائي. وللحصول على هذا التوتر الكهربائي يجب أن تكون المادة الكهرو-حرارية موصلاً جيداً للكهرباء، حيث أن المواد ذات الإيصال السيئ تضعف ذلك التأثير.
لسوء الحظ، ولأن الموصلية الكهربائية مرتبطة بالموصلية الحرارية غالبا، تبيّن صعوبة إيجاد مواد كهرو-حرارية ذات فعالية عالية. ومثّل هذا علماء الملكية بالرمز ZT. وقيمة ZT توضح مدى كفاءة المواد الكهرو-حرارية في تحويل الطاقة المتبددة إلى كهرباء، فمثلاً إذا كانت المادة تستهلك 100 واط من الحرارة وتنتج 10 واط من الكهرباء، يكون لديها معدل كفاءة يساوي 10 بالمئة.
في #الوقت الحالي، يمكن أن تمتلك المادة الكهرو-حرارية الأكثر فعالية قيمة تقدر بـ 2.6، كما أن قيمة 3 تعد معياراً لتوضيح قابلية المواد الكهرو-حرارية التجريبية تجارياً، وعليه فإنه لدينا الوقت الكثير للحصول على مواد ذات كفاءة عالية في تغيير مجال الطاقة الحالي.
ويعلّق الفريق العامل في جامعة هوستن على هذا بقوله إنه لربما كنا نعطي أهمية كبيرة لقيمة ال ZT كمعيار مرتبط بنجاح المواد الكهرو-حرارية، لأنه لا يضمن إنتاج الطاقة العالية على أية حال، حيث هناك مواد لديها من ال ZT ما يقدر ب 1.4 ومن الممكن أن تولد حوالي 22 واط لكل سم مربع -أعلى ب 4 أو حتى 5 أضعاف من الطاقة المنتجة عادة-.
كما صرّح الباحث راين في مؤتمر صحفي أنه لطالما كان السعي وراء زيادة قيمة ال ZT الشغل الشاغل للمجتمع الكهرو-حراري، إلا أنه في التطبيقات العملية يتوضح أنها ليست كل شيء. وكثافة الطاقة الناتجة العالية هي مهمة بقدر أهمية الكفاءة عندما يكون مصدر الطاقة كبيراً، مثل الطاقة الشمسية، أو عندما تكون تكلفة مصدر الطاقة أمرا غير مهم، مثل الطاقة المتبددة الناتجة من عوادم #السيارات أو الصناعات المعدنية. والجدير بالذكر أن راين قد أنشأ لتوّه شركة أسماها Apower في محاولة منه لتأمين هذه المواد للسوق.
نأمل في النهاية أن يكون لهذا تأثيرٌ في المجال الكهرو-حراري، لأن حوالي 90 بالمئة من كهرباء العالم يتم توليده عبر الطاقة الحرارية، وحوالي الثلثين يضيع كحرارة متبددة مما يعتبر ضياعا كبيرا يُمكن الاستفادة منه.
