“نبتة اصطناعية” تولد الكهرباء من الرياح والأمطار

طور الباحثون مجموعة من مولدات الطاقة على شكل أوراق نباتية تستطيع الاستفادة من الرياح والأمطار لإنتاج الكهرباء وتوليد الطاقة.

تم تجميع هذه المولدات لتشكيل نبتة اصطناعية قادرة على تشغيل مصابيح الليد باستخدام الطاقة المستخلصة من الرياح والأمطار.

طور فريق بحثي بقيادة الباحث رافندر داهيا مجموعة من مولدات الطاقة الصغيرة القائمة على استخدام طاقة الرياح والأمطار.

تم تصميم مولد لاستغلال طاقة الرياح عبر تقنية “مولد التناسب الكهروثابتي النانوي” وآخر قادر على استخلاص الطاقة من هطول الأمطار. ثم تم إدماج هذه المولدات على شكل أوراق داخل نبتة اصطناعية.

وأظهرت التجارب قدرة هذه المولدات على إنتاج كمون كهربائي عالي وتشغيل مصابيح صغيرة. وتمهد هذه التقنية لتطوير محطات طاقة متجددة قادرة على استغلال مختلف مصادر الطاقة النظيفة مثل الرياح والأمطار.

محطات اصطناعية لتوليد الكهرباء من الرياح والأمطار

يمكن لمحطة توليد الطاقة هذه، التي تحتوي على مولدات على شكل أوراق الشجر، أن تلتقط الطاقة من النسائم اللطيفة وقطرات المطر المتساقطة.

ووصف الباحثون الابتكار الجديد في مجلة الكيمياء والهندسة المستدامة التابعة للجمعية الكيميائية الأمريكية، ويمكنها إنتاج الطاقة الكهربائية من الطبيعة بعدة طرق. على سبيل المثال، تقوم الألواح الشمسية بتحويل الطاقة الضوئية من الشمس، وتقوم توربينات الرياح بتحويل الطاقة الحركية للهواء المتحرك.

لكن هذه الطرق تعتمد عادةً على مصدر واحد، وبالتالي فهي فعالة فقط عندما يكون هذا المصدر متاحًا. على سبيل المثال، لا تعمل الألواح الشمسية بعد غروب الشمس، ولن يولد اليوم الهادئ الكثير من طاقة الرياح.

في الآونة الأخيرة، ظهرت أدوات حصاد الطاقة متعددة المصادر كوسيلة لالتقاط الطاقة من مصادر متجددة مختلفة في جهاز واحد، مما يؤدي إلى تعظيم الإنتاج المحتمل. لذلك، أراد رافيندر داهيا وزملاؤه إنشاء مجمع طاقة متعدد المصادر يمكنه توليد الطاقة من الرياح والأمطار.

 

نوعان مختلفان من مجمعات الطاقة

قام الفريق ببناء نوعين مختلفين من مجمعات الطاقة: مولد نانوي كهربائي احتكاكي (TENG) لالتقاط الطاقة الحركية من الرياح ومولد طاقة قائم على القطرات (DEG) لجمع الطاقة من قطرات المطر المتساقطة.

يتكون المولد النانوي الكهربائي الاحتكاكي من طبقة من ألياف النايلون النانوية محصورة بين طبقات من متعدد رباعي فلورو الإيثيلين، المعروف أكثر باسم التيفلون (Teflon™)، والأقطاب الكهربائية النحاسية.

وعندما ضغطت الطبقات على بعضها البعض، تم توليد شحنات ساكنة وتحويلها إلى كهرباء.

وتم استخدام التيفلون أيضًا في تصنيع مولد الطاقة القائم على القطرات، الذي كان مقاومًا للماء ومغطى بنسيج موصل ليكون بمثابة الأقطاب الكهربائية.

وعندما اصطدمت قطرات المطر بأحد الأقطاب الكهربائية، أحدثت خللاً في الشحنات، مما أدى إلى توليد تيار صغير وجهد عالي. في ظل الظروف المثالية، أنتج المولد النانوي الكهربائي الاحتكاكي (TENG 252) ومولد الطاقة القائم على القطرات  113 فولتًا، ولكن لفترات قصيرة فقط من الوقت.

قام الفريق بتثبيت مولد الطاقة القائم على القطرات فوق المولد النانوي الكهربائي الاحتكاكي، وتم دمجهما على شكل أوراق نبات صناعي.

عندما تم تعريض المولدات على شكل أوراق الشجر لظروف تحاكي الرياح الطبيعية والأمطار، قامت بتشغيل 10 مصابيح LED في ومضات قصيرة.

ويقول الباحثون إن جهاز “محطة توليد الطاقة” الذي يثبت المفهوم يمكن تطويره بشكل أكبر إلى أنظمة أو شبكات أكبر من محطات الطاقة لإنتاج طاقة نظيفة من مصادر طبيعية.