في خطوة علمية لمواجهة أزمة الطاقة العالمية، أعلن فريق من الباحثين في جامعة بينجهامتون بولاية نيويورك عن تطوير جهاز ورقي محمول يولد الكهرباء من رطوبة الهواء. لتحليل تم نشره مؤخرًا في مجلة Nanomicro-Small. ويمكن لهذا الابتكار أن يغير مستقبل الطاقة في الأجهزة الإلكترونية المحمولة، وخاصة في تطبيقات الرعاية الصحية.
ووفقا للفريق، فإن الأجهزة الإلكترونية المحمولة ستستخدم تقنيات حصاد الطاقة في المستقبل، لكن حاليا لا تزال هذه التقنيات تجريبية وغير فعالة.
وما دفع الباحثين إلى التركيز على هذه النقطة هو أن الرطوبة الموجودة في الهواء موجودة في كل مكان حولنا، لذا فإن استخلاص الطاقة من الرطوبة أمر سهل للغاية وسيسمح باستخدام الطاقة في أي مكان تقريبًا.
حل الورق للطاقة المستدامة
ويعتمد الجهاز، المسمى بالمولد الرطب، على تقنية مبتكرة تستخدم الجراثيم البكتيرية لتوليد الطاقة. تقوم الأبواغ البكتيرية بتكسير جزيئات الماء إلى أيونات موجبة وسالبة، وتمتص الشعيرات الدموية الموجودة في الورقة البكتيريا، مما يؤدي إلى خلق تدرج أيوني، وهذا الخلل في التوازن يخلق شحنة كهربائية.
ويشرح الباحث يانغ ليكسي تشاو، طالب الدكتوراه ومدير المختبر وباحث البطاريات الحيوية القابلة للارتداء والمؤلف الرئيسي للدراسة، آلية عمل الجهاز في تصريح للجزيرة نت “إذا كنت تتخيل الجهاز يجمع أيون الهيدروجين، إذن فعندما تتحرك الأيونات عبر ألياف الورق، يمكن أن يمر عدد أقل وأقل من الأيونات عبر الفتيل الضيق، وهذا يمكن أن ينتج 7 أيونات في الأعلى، ويمكن للأيونات المفردة أن تمنحك فولتًا واحدًا، ومن ثم يكون لديك “سبعة فولت في اتجاه واحد”. مقابل فولت فقط في الاتجاه الآخر، وهذا يعني أن لديك الآن جهدًا كهربائيًا في الجهاز، ويمكنك توليد الطاقة.”
وتلعب البكتيريا الموجودة في الجهاز دوراً حيوياً في بدء العملية، حيث تقوم بتحويل جزيئات الماء الموجودة في الهواء إلى أيونات موجبة وسالبة الشحنة. يقول جاو: “تتمتع سلالة Bacillus subtilis 168 بالقدرة على تكوين الأبواغ الداخلية والبقاء على قيد الحياة في البيئات القاسية لفترة طويلة جدًا. وحتى بعد عودتها من الحياة، تحتفظ الخلايا البكتيرية بالقدرة على توليد الطاقة، وقد أثبتت العديد من الدراسات هذه النقطة، كما في مقالاتنا المنشورة “بهذه الطريقة، يمكننا تخزين (طاقة البكتيريا) لفترة أطول من الزمن، وستعمل بشكل صحيح (عندما يتم توفير الظروف المناسبة مرة أخرى).” “
تطبيقات مختلفة لمولد الطاقة الرطوبة
الجهاز ليس مجرد مولد للطاقة. “نظرًا لأن الجهاز قادر على توليد الطاقة بسبب تغير مستويات الرطوبة، فيمكن استخدامه أيضًا كجهاز استشعار للرطوبة”، يوضح جاو كما يتم مراقبة تغيرات الأنف وإيجاد علاقة بينها وبين مستوى القلق أو الإصابة بمرض تنفسي.
وعلى الرغم من إمكاناتها الواعدة، إلا أن هذه التكنولوجيا تواجه بعض التحديات، حيث يستغرق نمو الأغشية الحيوية البكتيرية ثلاثة أيام، مما يعيق الإنتاج الضخم حاليًا.
وقال جاو: “في هذه المرحلة من البحث، لا يزال الإنتاج الضخم يمثل تحديًا. ومع ذلك، هناك إمكانات كبيرة في التطبيقات الواقعية، حيث يمكن العثور على سلالات العصوية في التربة والأمعاء البشرية. لذلك، لن نشكل تحديًا”. خطر محتمل على الأجسام البشرية.”
وأضاف جاو في تصريح للجزيرة نت: “على ما يبدو أن من عيوب جهازنا هو أن إخراج الطاقة بعيد عن المثالية، لذلك نقدم الكثير من التطوير لتحسين هذه النقطة لجعلها مصدر طاقة أكثر وظيفية أو جهاز الاستشعار البيولوجي.”
وأبرز ما يميز الجهاز هو مادة الورق التي تتميز بالمرونة وانخفاض التكلفة وصديقة للبيئة “لا يوجد ورق من حيث الحجم، وهذا هو جمال نوع الورق الموجود بالجهاز”. يقول جاو: “يمكنك اللعب بها وتعديلها بالطريقة التي تريدها والحصول على أداء رائع، لكننا في الواقع نستخدم أجهزة تعتمد على الركيزة الورقية، ولأن الورق رخيص.” التكلفة وسهولة الحصول عليها، نعتقد أنه سيكون أكثر منطقية.”
تمثل المولدات الرطبة نقلة نوعية في مجال الطاقة المستدامة للأجهزة المحمولة. وعلى الرغم من وجود تحديات، فإن الابتكار يحمل وعدًا كبيرًا بتوفير حلول عملية وبيئية لأجهزة الاستشعار منخفضة الطاقة. ويعد هذا العمل خطوة جديدة نحو مستقبل مستدام يعتمد على تحويل الموارد الطبيعية إلى طاقة نظيفة متاحة للجميع.
