باحثون ينجحون لأول مرة في توليد الكهرباء من «برودة الكون»

معظم أنظمة إنتاج الطاقة الكهربائية تحصل على الطاقة اللازمة لعملها من مكان ما، فالألواح الشمسية تجمع الضوء بينما طواحين الهواء تعتمد على الهواء.

وفي غياب مصدر الطاقة، لن تتمكن منشأة إنتاج الطاقة من توليد أي طاقة كهربائية؛ لذا، تتوقف الألواح الشمسية عن العمل ليلاً أو عندما تتسبب ظروف الطقس السيئة في منع وصول أشعة الشمس إلى سطح الأرض، وفقاً لما نشره موقعNatural Newsالأمريكي.

والفضاء الخارجي بارد، تقترب درجة الحرارة هناك من الصفر، أقل درجة حرارة ممكنة.

لذلك فكر باحثون في إمكانية إعداد صمام ثنائي على الأرض يواجه هذا الاتجاه.

ويولد الجهاز تدفقاً بارداً من الطاقة قد يعمل بمثابة مصدر للطاقة الكهربائية.

فيما يعتمد تجميع تلك الطاقة على نفس التقنيات الإلكتروضوئية المستخدمة في الألواح الشمسية.

وطوّر فريق عالمي من جامعة ستانفورد وشركة Fujifilm جهاز شبه موصل للأشعة تحت الحمراء موجهاً إلى السماء. يمكنه توليد الطاقة الكهربائية من خلال الاستفادة بالفجوة بين درجات الحرارة على الأرض وفي الفضاء.

وأثبتت التجربة أن الصمام الثنائي يمكنه إنتاج كمية قابلة للقياس من الطاقة الكهربائية مباشرة من البيئة الباردة للفضاء.

تعمل بشكل مشابه للألواح الشمسية

فيما يعتقد الباحثون أن هذا النهج قد يعمل بشكل مشابه للألواح الشمسية ولكن في الظروف الأقل إضاءة، والاستفادة من حركة الحرارة من الأرض إلى الفضاء لتكون مصدراً بديلاً للطاقة.

وقال شانهوي فان، الباحث بجامعة ستانفورد: «اتساع الكون يعد مصدراً للديناميكا الحرارية. ومن حيث الفيزياء الإلكتروضوئية، هناك تناظر جميل جداً بالفعل بين تجميع الإشعاع الوارد وتجميع الإشعاع الصادر».

تعمل خلية الألواح الضوئية العادية على استخدام الطاقة من خلال أشعة الشمس التي تضرب سطحها. ولكن التقنية الجديدة تعتمد على شيء يسمى «تأثير الإضاءة السلبية».

في الصمام الثنائي الذي صممه فريق جامعة ستانفورد، انبعثت الحرارة بعيداً عن سطح شبه موصل الأشعة تحت الحمراء وتجاه الفضاء. ويجمع الجهاز الطاقة الكهربائية من خلال هذه الحركة للحرارة.

الجيل الحالي من التقنية الإلكتروضوئية يمكنه استخدام الطاقة من ذلك التفاوت السلبي في درجة الحرارة. ولكنها تعمل بكفاءة أقل كثيراً مع هذا النوع من مصادر الطاقة.

واستخدم الباحثون تصميماً أحدث من الصمام الثنائي. بعد توجيه الجهاز نحو الفضاء، وجدوا اختلافاً في درجات الحرارة بمقدار كافٍ لتوليد الطاقة الكهربائية.

طريقة عمل التقنية

وقال ماساشي أونو، الباحث بجامعة ستانفورد والمشارك في الدراسة: «مقدار الطاقة التي يمكننا توليدها من هذه التجربة، في هذا الوقت، أقل بكثير من الحد النظري».

تكييف التقنية الإلكتروضوئية في الألواح الشمسية للمناطق التي تعاني من ظروف منخفضة الإضاءة

أنتج شبه موصل الأشعة تحت الحمراء، الذي صممه فان وأونو، حوالي 64 نانو واط لكل متر مربع. وبالرغم من ضآلة الناتج، فقد أثبت صحة وإمكانية عمل فكرة الصمام الثنائي للإضاءة السلبية.

ويعتقد فريق معهد ماساتشوستس للتقنية أنه من الممكن رفع مقدار الطاقة التي ينتجها الجهاز. وخططوا لتعزيز الخصائص الإلكتروضوئية الكمّية للمواد في المستقبل.

ومن أجل مساعدة تصميماتهم على التحسن، أجرى الباحثون حسابات على الناتج النظري للصمام الثنائي الحالي. وبعد إدخال التأثيرات الجوية في المعادلة، أظهروا أن كل متر مربع من الجهاز يمكنه توليد ما يقرب من أربعة واط.

هذا الناتج يبلغ مليون ضعف أفضل ناتج حصلوا عليه خلال التجربة، ليس هذا فحسب، هذا القدر من الطاقة كافٍ للمساعدة في تشغيل بعض الأجهزة خلال فترة الليل.

بالتأكيد أربعة واط لكل متر مربع لا يمكن مقارنتها بالطاقة الكهربائية التي تولدها الألواح الشمسية العصرية، فهذه الألواح تنتج ما يقرب من 100 إلى 200 واط لكل متر مربع.

يعمل فان وأونو على تحسين تقنية الإضاءة السلبية، وإلى جانب تجميع الطاقة من أجهزة أرضية مواجهة للفضاء، قد تساعد هذه التقنية أيضاً على استغلال الحرارة المهدرة من الأجهزة.