سنغافورة.. العلماء يطورون مولد يعمل بقطرات المطر لتوليد الكهرباء

نجح العلماء في إثبات طريقةٍ مبتكرةٍ، لـ توليد الكهرباء باستخدام الحركة الطبيعية لقطرات الماء داخل أنبوبٍ بوليمري. 

نجح باحثون بقيادة سيولينج سوه من جامعة سنغافورة الوطنية، في تجاوز هذا القيد التقليدي من خلال تسخير خصائص تدفق السدادات ضمن نظام أنبوبي أكبر حجمًا. 

يتضمن النظام أنبوبًا رأسيًا مطليًا بالبوليمر، يبلغ ارتفاعه حوالي 32 سم وقطره الضيق 2 مليمتر، يمرر سدادات مائية منفصلة مفصولة بجيوب هوائية صغيرة. 

تتولد هذه السدادات عن طريق حقن قطرات ماء بحجم قطرات المطر في الأنبوب، حيث تصطدم وتندمج في الأعلى قبل أن تنزل بفعل الجاذبية.

بخلاف التدفق المستمر الثابت، يُغيّر نمط تدفق السدادة هذا ديناميكيات السطح الفاصل بين الماء والسطح بشكل جذري. 

فمع تحرك كل سدادة للأسفل، تتصرف ككيان منفصل، مما يُؤدي إلى انفصالات متكررة ومكثفة للشحنات. 

ويمنع وجود جيوب هوائية بين هذه السدادات معادلة الشحنة باستمرار، مما يسمح بتراكم الجهد الكهربائي بشكل كبير مع مرور الوقت، ويتيح هذا النهج المبتكر توليد شحنات فعّال يتجاوز حدود طول ديباي، مما يُمثل نقلة نوعية في هذا المجال.

وقام الفريق بتركيب أقطاب كهربائية، في نقطتي التجميع العلوية والسفلية للأنبوب لالتقاط التيار الكهربائي الناتج عن السدادات المتدفقة، لتحديد كمية الطاقة المُستَخلَصة.

ومن اللافت للنظر أن هذا النظام حوّل أكثر من 10% من طاقة الجاذبية الكامنة للماء إلى طاقة كهربائية، وهي كفاءة تحويل أعلى بكثير من أجهزة التدفق المستمر السابقة. 

وبالمقارنة، ولّدت تقنية التدفق السدادي الكهرباء بمعدل يفوق نظيره في التيار المستمر بنحو 100,000 مرة، مما يُظهر إمكاناتها الهائلة.

وفي عرضٍ مذهل، شغّل هذا التكوين اثني عشر مصباح LED بشكل مستمر لمدة 20 ثانية، مما يؤكد جدوى هذه التقنية في التطبيقات العملية. 

تُقدم هذه التقنية بديلاً مُقنعاً لمحطات الطاقة الكهرومائية التقليدية، التي تعتمد على تدفقات مائية هائلة عبر السدود أو التوربينات، وتتطلب خصائص جغرافية مُحددة كالأنهار أو المنحدرات الشديدة. 

في المقابل، يُمكن تطبيق نظام تدفق السدادة على أسطح المنازل، أو واجهات المباني، أو غيرها من البنى التحتية التي تتجمع فيها مياه الأمطار أو تتدفق بشكل طبيعي، مما يُوفر حلاً لامركزياً وسهل المنال للطاقة الخضراء.

كما تُغني هذه الآلية عن الحاجة إلى مضخات ميكروفلويدية باهظة الثمن ومستهلكة للطاقة، حيث تعتمد بدلاً من ذلك على الجاذبية وتوزيع حجم قطرات المطر الطبيعي.

المبدأ الأساسي هنا هو كهرباء الاحتكاك، وهي شحنة كهربائية تتولد عند تلامس مادتين مختلفتين ثم انفصالهما، ويعرف معظم الناس هذه الظاهرة على أنها الكهرباء الساكنة المتولدة عند فرك بالون بشعر. 

وبالمثل، عند تفاعل الماء مع أسطح معينة، فإنه قد يكتسب أو يفقد شحنة كهربائية، وتاريخيًا، ركزت محاولات استخدام الماء المتدفق لإنتاج الكهرباء على تيارات مستمرة تتحرك على أسطح موصلة. 

ومن الناحية العلمية، يُشكِّل هذا الاكتشاف تحديًا للفهم السابق لحصاد الطاقة الكهروحركية، وذلك بتجاوز حاجز طول ديباي، الذي كان يُعتبر سابقًا عقبة أساسية في الكفاءة. 

وتتمثل الفكرة الرئيسية في أنه بالانتقال من نظام التدفق المستمر إلى نظام التدفق المنفصل، يُمكن تعزيز تراكم الشحنات بشكل كبير من خلال هندسة الديناميكية المائية وخصائص واجهة النظام.

باختصار، يمثل هذا الاختراق في توليد الكهرباء من مياه الأمطار المتساقطة عبر تدفق القابس إنجازًا بارزًا، حيث يمزج بين الكيمياء الفيزيائية الثاقبة والهندسة العملية لإنتاج تكنولوجيا الطاقة المتجددة القادرة على تحقيق تأثير بيئي واجتماعي كبير.