طريقة جديدة لتحويل الحرارة إلى كهرباء

اكتشف فريق دولي من العلماء آلية جديدة لالتقاط الحرارة وتحويلها إلى كهرباء. وبإمكان الاكتشاف الجديد الذي نشرته مجلة ساينس أدفانسس الأمريكية، توليد طاقة بكفاءة كبيرة من الحرارة الناتجة عن مصادر متنوعة؛ مثل عوادم السيارات ومسابر الفضاء بين الكوكبية والعمليات الصناعية.

وقال جوزيف هيرمانز، المؤلف المشارك في الدراسة أستاذ الهندسة الميكانيكية والفضائية والعالم في تقنية النانو في جامعة ولاية أوهايو الأمريكية «سنتمكن بسبب هذا الاكتشاف من استخلاص طاقة كهربائية من الحرارة أكثر مما نفعل اليوم وهو ما لم يكن يتوقع أحد إمكانية حصوله.»

ويعتمد الاكتشاف على جزيئات صغيرة تسمى باراماجنونز، وهي جزيئات غير ممغنطة تمامًا إلا أنها تحمل تدفقًا مغناطيسيًا بسيطًا. وهذه الجزيئات مهمة لأن المغناطيس يفقد قوته المغناطيسية عند تسخينه ويتحول إلى المغناطيسية المسايرة؛ وهي شكل من أشكال المغناطيسية تظهر بوجود مجال مغناطيسي خارجي وتزول بزواله، فتلعب الباراماجنونز دورًا مهمًا في تحريك الإلكترونات وتوليد الكهرباء. وينتج عن التدفق المغناطيسي -التي يدعوه العلماء الدوامة- نوعًا من الطاقة يسمى الكهروحرارية الناتج عن جر شبه الجسيم ماجنون، وهو ما لم يكن يُستخدم لجمع الطاقة في درجة حرارة الغرفة حتى الاكتشاف الحالي.

وقال هيرمانز «كان سائدًا أن تسخين المواد البارامغناطيسية لا يحدث شيئًا، إلا أننا اكتشفنا عدم صحة ذلك، إذ وجدنا طريقة جديدة لتصميم أشباه الموصلات الحرارية -وهي مواد تحول الحرارة إلى كهرباء. ولم تكن المواد الكهروحرارية التقليدية التي نعرفها على مدار العشرين عامًا الماضية فعالة ومنحتنا قدرًا ضئيلًا من الطاقة، لذا لم تنتشر على نطاق واسع. إلا أن الطريقة الجديدة غيرت هذا المفهوم.»

وتمثل المغانط جزءًا مهمًا في جمع الطاقة من الحرارة، إذ تزداد مغناطيسية أحد جوانب المغناطيس عند تسخين الجانب المقابل له، وينتج عن ذلك حالة دوران، وهو ما يدفع الإلكترونات الموجودة في المغناطيس ويولد الكهرباء. إلا أن تسخين المغناطيس يفقده معظم خواصه المغناطيسية ويحوله إلى باراماجنيتس يسميها هيرمانز «شبه مغناطيس» ولم يفكر أحد قبل الاكتشاف الجديد في استخدام الباراماجنيتس للاستفادة من الحرارة في إنتاج الكهرباء، إذ لم يعرف العلماء سابقًا قدرتها على جمع الطاقة.

ووجد فريق البحث أن الباراماجنونز تدفع الإلكترونات لمليار من المليون من الثانية، وهي فترة تكفي لجمع الطاقة من الباراماجنيتس.

وبدأ الفريق البحثي المؤلف من مجموعة دولية من العلماء من ولاية أوهايو، وجامعة ولاية كارولينا الشمالية، والأكاديمية الصينية للعلوم، باختبار الباراماجنونز، لمعرفة قدرتها على إنتاج التدوير المغزلي اللازم في الظروف المناسبة. وتظهر النتائج وفقًا لهيرمانز قدرة الباراماجنونز على إنتاج مستوى التدوير المغزلي الذي يدفع الإلكترونات ما يتيح لنا جمع الطاقة.