علماء إسبان يولدون الكهرباء بإضافة الملح إلى الثلج

عندما يتحوَّل الملح والثلج إلى محطِّة كهربائيّة مجهريّة

قام فريق من العلماء الإسبان بتطوير منهجيّة مبتكرة تسمح بـتوليد الكهرباء من خلال إضافة الملح ببساطة إلى الثلج أثناء عمليات التجمُّد المُتحكَّم فيها. هذا النهج، الذي يبدو مستمدًّا من تجربة فيزيائيّة أساسيّة، يستغلُّ ظاهرة كهروكيميائيّة حيث تُحدِث تكوُّن الثلج مع شوائب ملحيّة فروقًا في الجهد الكهربائيِّ قابلة للقياس والاستفادة. تمثِّل هذه البحث نهجًا جديدًا تمامًا في سعي مصادر الطّاقة المستدامة، خاصّةً الذي يُعتبر ذا صلة خاصّة بمناطق المناخات الباردة.

يَعتمِد الآليّة الأساسيّة على كيفيّة إعادة توزيع أيونات الملح أثناء تجمُّد الماء. عندما يتجمَّد الماء المالح، يُرفَض أيونات الكلوريد والصُّوديوم من هيكل البلُّورات الثَّلجيِّ النَّقِيِّ، مُخَلِّفًا تدرُّجات في تَرَكِيز الأيونات التي تُولِّد جهودًا كهربائيّة هامّة. ما يجعل هذا التَّطْوِير ذا براعة خاصّة هو كيفية تحسين الباحثين لهذه العمليّة الطَّبِيعِيَّة لزيادة إنتاج الطَّاقَة مع الحفاظ على بساطة النَّظَام.

المبادئ العلميّة وراء الظَّاهِرَة

• فَصْلُ الشُّحُون أثناء تكوُّن بلُّورات الثَّلْج
• تدرُّجات الأيونات النَّاتِجَة عن استثناء الملح من الثَّلْج النَّقِيِّ
• جهود الوَصْل السَّائِل في واجهات الثَّلْج-الماء المالح
• التَّأثِيرُ الحَرَارِيُّ الكَهْرَبَائِيُّ المُكَبَّر بفعل التَّغَيُّراتِ الطَّرَحِيَّة

التَّطْبِيقَاتُ العَمَلِيَّةُ لِلتِّكْنُولُوجْيَا

التَّطْبِيقَاتُ المُحْتَمَلَةُ لهذه التِّكْنُولُوجْيَا مُتَنَوِّعَةٌ بِشَكْلٍ لَاحِظ. في الْمَنَاطِقِ الْقُطْبِيَّةِ الشَّمَالِيَّةِ وَالْجَنُوبِيَّةِ، حَيْثُ الْبَرْدُ مُسْتَمِرٌّ وَالْمِلْحُ وَفِيرٌ، يُمْكِنُ أَنْ يُوَفِّرَ مَصْدَرَ طَاقَةٍ مُنْتَشِرَةٍ لِمَحَطَّاتِ الْبَحْثِ وَالْمُجْتَمَعَاتِ النَّائِيَةِ. لِـالْبِنْيَةِ التَّحْتِيَّةِ الْحَاسِمَةِ مِثْلَ أَجْهِزَةِ الْحِسَّابِ الْبِيئِيَّةِ وَمَعِدَّاتِ الْمُرَاقَبَةِ، سَيُقَدِّمُ بَدِيلًا عَنْ بَطَّارِيَاتِ التَّقْلِيدِيَّةِ الَّتِي تَفْشَلُ فِي الْحَرَارَاتِ الْقَصْوَى. بِسَاطَةُ النَّظَامِ تَجْعَلُهُ مُثَالِيًّا أَيْضًا لِـالتَّعْلِيمِ الْعِلْمِيِّ وَمَشْرُوعَاتِ طَاقَةِ الْمُجْتَمَعِ فِي مَنَاطِقِ الشِّتَاءِ الْقَاسِي.

الحل الأكثر أناقة عادة ما يكون في الظواهر التي كانت دائمًا أمامنا

أَثْبَتَ الْبَاحِثُونَ أَنَّ تَحْسِينَ مُعَامَلَاتٍ مِثْلَ تَرْكِيزِ الْمِلْحِ، وَسُرْعَةِ التَّجْمِيدِ وَتَرْتِيبِ الْقُطْبَيْنِ، يُمْكِنُهُمْ مِنْ تَحْقِيقِ كَثَافَاتِ قُوَّةٍ مُفَاجِئَةِ الْعُلُوِّ لِنَظَامٍ بَسِيطٍ هَكَذَا. اسْتِخْدَامُ أَمْلَاحٍ مُخْصَصَةٍ مِثْلَ كْلُورِيدِ الْبُوتَاسْيُومِ أَوْ كِبْرِيتَاتِ الْمَغْنِيزْيُومِ، بِالْبَدْلِ مِنْ مِلْحِ الْمَائِدَةِ الشَّائِعِ، يُمْكِنُ أَنْ يُضْبِطَ الْأَدَاءَ أَكْثَرَ تَفْصِيلًا حَسَبَ التَّطْبِيقِ الْمُخْصَصِ. هَذِهِ الْقُدْرَةُ عَلَى التَّحْكِيمِ تَجْعَلُ التِّكْنُولُوجْيَا قَابِلَةً لِلتَّكَيُّفِ مَعَ بِيئَاتٍ وَمَطَالِبِ طَاقَةٍ مُخْتَلِفَةٍ.

مَزَايَا عَلَى غَيْرِهَا مِنْ طَاقَاتٍ مُجَدَّدَةٍ

• عَمَلٌ فِي بَرْدٍ قَصْوَى حَيْثُ تَفْشَلُ أَلْوَاحُ الشَّمْسِ
• مَوَادٌ وَفِيرَةٌ وَغَيْرُ سَامَّةٍ دُونَ حَاجَةٍ إِلَى عُنَاصِرِ أَرْضِ نَادِرَةٍ
• قَابِلِيَّةُ تَطْوِيرٍ مُرْنَةٌ مِنْ مِكْرُو-حَسَّاسَاتٍ إِلَى تَطْبِيقَاتٍ أَكْبَرَ
• صِيَانَةٌ مُنْخَفِضَةٌ وَعُمْرٌ طَوِيلٌ فِي شَرْطٍ مُنَاسِبٍ

بَيْنَمَا الْقُوَّةُ الْمُوَلَّدَةُ لِكُلِّ وَحْدَةِ حَجْمٍ لَازَالَتْ أَقَلَّ مِنْ تِكْنُولُوجْيَاتٍ مُثْبَتَةٍ مِثْلَ الشَّمْسِيَّةِ أَوْ الرِّيَاحِيَّةِ، فَإِنَّ الْوَعْدَ الْحَقِيقِيَّ لِهَذَا التَّطْوِيرِ يَكْمُنُ فِي تَكَامُلِهِ الْمَوْسِمِيِّ وَتَطْبِيقَاتِهِ الْخَاصَّةِ. فِي أَمَاكِنَ تَغْطِي الثُّلُوجُ أَلْوَاحَ الشَّمْسِ لِأَشْهُرٍ وَتَتَجَمَّدُ تُرْبِينَاتُ الرِّيَاحِ، يُمْكِنُ لِمُوَلِّدَاتِ الْجَلِيدِ-الْمِلْحِ تَوْفِيرُ طَاقَةٍ مُسْتَمِرَّةٍ طَوَالَ الشِّتَاءِ. تَسْتَمِرُّ الْبَحْثُ فِي تَحْسِينِ الْكَفَاءَةِ وَاسْتِكْشَافِ تَرْتِيبَاتٍ قَدْ تَزِيدُ الْأَدَاءَ الْعَمَلِيَّ بِشَكْلٍ هَامٍّ.

مَنْ كَانُوا يَظُنُّونَ أَنَّ جَمِيعَ أَشْكَالِ تَوْلِيدِ الْكَهْرَبَاءِ الْهَامَّةِ قَدْ اُكْتُشِفَتْ سَيَتَفَاجَأُونَ لَحِيقًا بِأَنَّ شَيْئًا يَوْمِيًّا مِثْلَ تَجْمِيدِ مَاءٍ مَالِحٍ يُمْكِنُ أَنْ يَخْفِيَ إِمْكَانِيَّاتٍ طَاقَوِيَّةً غَيْرَ مُسْتَغَلَّةٍ ⚡

عِنْدَمَا يُفَسِّرُ الْتَّصْمِيمُ الْغْرَافِيكِيُّ الْعِلْمَ الْأَكْثَرَ ابْتِكَارًا

إِنْشَاءُ إِنْفُوجْرَافِيكْ فِي GIMP يُفَسِّرُ الْاكْتِشَافَ الثَّوْرِيَّ لِعُلَمَاءٍ إِسْبَانِيِّينَ حَوْلَ تَوْلِيدِ الْكَهْرَبَاءِ بِالْمِلْحِ وَالْجَلِيدِ يَتَطَلَّبُ نَهْجًا يَجْمَعُ بَيْنَ الْوُضُوحِ الْعِلْمِيِّ وَالْجَذْبِ الْبَصَرِيِّ. الْتَّحَدِّيُ فِي تَحْوِيلِ عَمَلِيَّةٍ كَهْرُوكِيمْيَائِيَّةٍ مُعَقَّدَةٍ إِلَى تَسْلِسِلٍ بَصَرِيٍّ بَدِيهِيٍّ يَسْتَطِيعُ أَيُّ شَخْصٍ فَهْمَهُ، بَيْنَمَا يُحَافَظُ عَلَى الْدِقَّةِ الْعِلْمِيَّةِ اللَّازِمَةِ لِكَيْ تَكُونَ الْمَعْلُومَاتُ دَقِيقَةً وَمُفِيدَةً. سَنَبْدَأُ بِهَيْكَلَةِ الْمَعْلُومَاتِ فِي طَبَقَاتٍ مَنْطِقِيَّةٍ تَهْدِي الْمُشَاهِدَ مِنَ الْمَفْهُومِ الْأَسَاسِيِّ إِلَى التَّفَاصِيلِ الْتِّكْنِيكِيَّةِ الْأَكْثَرَ جَذْبًا.

سَتَكُونُ مِفْتَاحُ الْتَّصْمِيمِ إِقَامَةُ تَدَفُّقٍ بَصَرِيٍّ وَاضِحٍ يُظْهِرُ التَّقَدُّمَ مِنَ الْعُنَاصِرِ الْبَسِيطَةِ (الْمَاءُ، الْمِلْحُ، الْبَرْدُ) إِلَى النَّتِيجَةِ الْنِهَائِيَّةِ (تَوْلِيدُ الْكَهْرَبَاءِ). سَنَسْتَخْدِمُ