علماء ألمان يحولون الماء إلى كهرباء باستخدام مسام السيليكون

نجح باحثون في جامعة هامبورغ للتكنولوجيا (TUHH) بالتعاون مع مركز DESY الألماني لتسريع الجسيمات في تطوير طريقة جديدة لتوليد الكهرباء باستخدام الماء والضغط فقط. يعتمد النظام على استغلال قوة الاحتكاك داخل أصغر مسام السيليكون النانوية، ثاني أكثر العناصر وفرة على سطح الأرض.

وقد أظهرت الدراسة أن الطاقة الميكانيكية يمكن تحويلها إلى كهرباء بشكل فعال من خلال التوليد الكهربي الاحتكاكي (triboelectric generation)، مما يمثل نهجا مبتكرا في مجال توليد الطاقة المستدامة.

كيفية تحويل الماء إلى كهرباء

يعتمد النظام على الماء المحصور داخل مسام السيليكون بحجم النانومتر، الذي يعمل كوسط نشط لإنتاج الطاقة، وقد صرح الدكتور باتريك هوبر، أستاذ الفيزياء المادية والأشعة السينية: "حتى الماء النقي عند حصره على المستوى النانوي يمكن أن يتيح تحويل الطاقة بكفاءة."

طور الفريق الدولي نظاما يُعرف باسم Intrusion-Extrusion Triboelectric Nanogenerator (IE-TENG)، الذي يستخدم الضغط لدفع الماء داخل وخارج المسام النانوية بشكل متكرر، خلال هذه العملية، تنفصل الشحنات الكهربائية عند التقاء جدران مسام السيليكون بالماء، فتتولد الكهرباء بفعل الاحتكاك بطريقة مشابهة لشحن الكهرباء الساكنة عند ملامسة سجاد PVC ليد الإنسان.

كفاءة عالية باستخدام مواد بسيطة

أوضح الدكتور لويس بارتولومي، أحد الباحثين المشاركين في الدراسة: "دمج السيليكون المسامي مع الماء يوفر مصدر طاقة فعال وقابل للتكرار دون الحاجة إلى مواد نادرة أو خطرة، فقط باستخدام أكثر أشباه الموصلات انتشارا، السيليكون، وأكثر السوائل وفرة، الماء."

وحقق النموذج الأولي كفاءة تحويل طاقة تصل إلى 9٪، مما يجعله من أعلى النسب المسجلة على الإطلاق لمولدات الطاقة النانوية من الحالة الصلبة إلى السائلة.

تصميم المواد الذكية والتحكم الدقيق

نجح الفريق في تطوير هياكل سيليكونية دقيقة تجمع بين التوصيل الكهربائي والمسامات النانوية مع خواص طاردة للماء، ما يسمح بالتحكم الدقيق في حركة الماء داخل المسام وضمان عملية تحويل طاقة مستقرة وقابلة للتوسع.

كما أكد الدكتور مانويل برينكر: "تعتمد قوة هذا الابتكار على بساطته، حيث يقتصر على السيليكون والماء فقط، مع تجنب المواد النادرة أو الضارة."

التطبيقات المستقبلية

تشير الأبحاث إلى أن هذه التقنية يمكن أن تحدث ثورة في أنظمة الاستشعار الذاتية التشغيل، مثل:

اكتشاف المياه

الأجهزة الرياضية والصحية الذكية

الروبوتات اللمسية التي تولد إشارات كهربائية من الحركة أو اللمس

وخلص الباحثون سيموني ميلوني وياروسلاف غروسو إلى أن: "المواد المدفوعة بالماء تمثل بداية جيل جديد من التقنيات الذاتية الاستدامة."