طاقة من الحرارة المنبعثة من مصادر مثل عوادم السيارات والعمليات الصناعية
توصل فريق دولي من العلماء إلى كيفية التقاط الحرارة وتحويلها إلى كهرباء. يمكن لهذا الاكتشاف، الذي نُشره موقع “Science Daily” نقلاً عن دورية “Science Advances”، أن يُسهم في توليد طاقة أكثر كفاءة من الحرارة المنبعثة من مصادر مثل عوادم السيارات ومجسات الفضاء بين الكواكب والعمليات الصناعية.
جسيمات البارامغناطيسات
يقول جوزيف هيرمانز، الأستاذ المشارك في الدراسة، وأستاذ الهندسة الميكانيكية وهندسة الطيران، والحائز على لقب “باحث أوهايو المتميز في تقنية النانو” في جامعة أوهايو ستيت: “بفضل هذا الاكتشاف، سيُمكن توليد طاقة كهربائية من الحرارة أكثر مما يتم إنتاجه حالياً. إنه أمر لم يكن أحد يتصوره ممكناً حتى الآن”.
يعتمد هذا الاكتشاف على جسيمات دقيقة تُسمى البارامغناطيسات، وهي جسيمات ليست مغناطيسات بالمعنى الحرفي، ولكنها تحمل بعض التدفق المغناطيسي. إنه أمر بالغ الأهمية، لأن المغناطيسات، عند تسخينها، تفقد قوتها المغناطيسية وتصبح مادة بارامغناطيسية. يُنتج تدفق المغناطيسية، أو ما يُسميه العلماء “اللف المغزلي”، نوعاً من الطاقة يُسمى الطاقة الكهروحرارية الناتجة عن سحب الماغنونات، وهي ظاهرة لم يكن بالإمكان استخدامها، حتى هذا الاكتشاف، لجمع الطاقة في درجة حرارة الغرفة.
أشباه موصلات كهروحرارية
يقول هيرمانز: “كان الاعتقاد السائد سابقاً أنه عند تسخين مادة مغناطيسية مسايرة، لا يحدث شيء. لكننا وجدنا أن هذا غير صحيح. ما اكتشفناه هو طريقة جديدة لتصميم أشباه الموصلات الكهروحرارية، وهي مواد تُحوّل الحرارة إلى كهرباء. المواد الكهروحرارية التقليدية التي استخدمناها خلال العشرين عاماً الماضية تقريباً غير فعّالة وتُنتج طاقة ضئيلة، لذا فهي ليست شائعة الاستخدام. يُغيّر الاكتشاف [الجديد] هذا الفهم”.
بارامغناطيسات لحصد الحرارة
تُعدّ المغناطيسات عنصراً أساسياً في جمع الطاقة من الحرارة، حيث إنه عند تسخين أحد جانبي المغناطيس، يصبح الجانب الآخر – الجانب البارد – أكثر مغناطيسية، مما يُنتج اللف المغزلي الذي يدفع الإلكترونات في المغناطيس ويُولد الكهرباء.
لكن المفارقة تكمن في أن المغناطيسات، عند تسخينها، تفقد معظم خصائصها المغناطيسية، متحولةً إلى مواد بارامغناطيسية – أو “مغناطيسات شبه مغناطيسية، لكنها ليست مغناطيسية تماماً”، كما يسميها هيرمانز. يعني ذلك أنه حتى هذا الاكتشاف، لم يفكر أحد في استخدام البارامغناطيسات لحصد الحرارة، لأن العلماء كانوا يعتقدون أنها غير قادرة على جمع الطاقة.
جزء من مليار من مليون من الثانية
لكن ما اكتشفه فريق الباحثين هو أن البارامغناطيسات تدفع الإلكترونات لجزء من مليار من مليون من الثانية فقط، وهي مدة كافية لجعلها أدوات فعالة لحصد الطاقة. شرع الباحثون، وهم مجموعة دولية من العلماء من جامعة أوهايو ستيت وجامعة نورثرن كارولينا ستيت والأكاديمية الصينية للعلوم، في اختبار البارامغناطيسات لمعرفة ما إذا كان بإمكانها، في ظل الظروف المناسبة، إنتاج الدوران اللازم. واختتم هيرمانز قائلاً إنهم اكتشفوا أن البارامغناطيسات تُنتج بالفعل نوع الدوران الذي يدفع الإلكترونات، مما يُتيح جمع الطاقة.