قام العلماء ببناء جهاز عبقري يولد الكهرباء “من الهواء الرقيق”

0 80

وجدوا أنها مدفونة في الشواطئ الموحلة لنهر بوتوماك منذ أكثر من ثلاثة عقود: “كائن رواسب” غريب يمكنه أن يفعل أشياء لم يسبق لها مثيل في البكتيريا.

تم ملاحظة هذا الميكروب غير العادي ، الذي ينتمي إلى  جنس Geobacter  ، لأول مرة لقدرته على إنتاج المغنتيت في غياب الأكسجين ، ولكن مع مرور الوقت وجد العلماء أنه يمكن أن يصنع أشياء أخرى أيضًا ، مثل الأسلاك النانوية البكتيرية التي تنقل الكهرباء.

منذ سنوات ، يحاول الباحثون اكتشاف طرق لاستغلال هذه الهدية الطبيعية بشكل مفيد ، وقد يكونوا قد وصلوا إلى الأجر باستخدام جهاز يسمونه Air-gen. وفقًا للفريق ، فإن أجهزتهم يمكنها توليد الكهرباء من … جيدًا ، لا شيء تقريبًا.

يقول المهندس الكهربائي جون ياو من جامعة ماساتشوستس في أمهرست: “نحن ننتج الكهرباء حرفيًا عن الهواء .” “Air-gen يولد طاقة نظيفة 24/7.”

قد يبدو الادعاء وكأنه مبالغة ، لكن دراسة جديدة أجراها ياو وفريقه تصف كيف يمكن للمولد الذي يعمل بالهواء أن يولد الكهرباء بدون أي شيء سوى وجود الهواء المحيط به. كل ذلك بفضل أسلاك البروتين الموصلة كهربائيا التي تنتجها  Geobacter  ( G. sulfurreducens ،  في هذه الحالة).

يتكون Air-gen من فيلم رقيق من أسلاك البروتين التي يبلغ سمكها 7 ميكرومتر فقط ، ويتم وضعه بين قطبين ، ولكنه يتعرض أيضًا للهواء.

بسبب هذا التعرض ، فإن فيلم أسلاك متناهية الصغر قادر على امتصاص  بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي ، مما يتيح للجهاز توليد تيار كهربائي مستمر يجري بين القطبين.

يقول الفريق إنه من المحتمل أن يتم إنشاء الشحنة بواسطة تدرج للرطوبة يؤدي إلى انتشار البروتونات في المادة متناهية الصغر.

يوضح الباحثون في دراستهم: “من المتوقع أن يؤدي نشر الشحنة هذا إلى توليد مجال كهربائي موازن أو احتمال مشابه لإمكانات غشاء الراحة في الأنظمة البيولوجية” .

“إن التدرج المستمر للرطوبة ، والذي يختلف اختلافًا جوهريًا عن أي شيء شوهد في الأنظمة السابقة ، يفسر خرج الجهد المستمر من جهاز أسلاك متناهية الصغر لدينا.”

تم الاكتشاف بالصدفة تقريبًا ، عندما لاحظ ياو أن الأجهزة التي كان يجري تجربتها كانت تقوم بتوصيل الكهرباء على ما يبدو من تلقاء نفسها.

يقول ياو: “رأيت أنه عندما تم الاتصال بالأسلاك المتناهية الصغر مع أقطاب كهربائية بطريقة محددة ، أنتجت الأجهزة تيارًا” .

“لقد وجدت أن التعرض للرطوبة في الجو كان ضروريًا وأن أسلاك البروتينات الممتصة تمتص الماء ، مما ينتج تدرجًا في الجهد عبر الجهاز.”

أظهرت الأبحاث السابقة توليد الطاقة الكهرومائية باستخدام أنواع أخرى من المواد متناهية الصغر – مثل الجرافين – ولكن هذه المحاولات أنتجت إلى حد كبير فقط رشقات نارية قصيرة من الكهرباء ، ربما استغرقت ثوانٍ فقط.

على النقيض من ذلك ، ينتج Air-gen جهدًا ثابتًا يبلغ حوالي 0.5 فولت ، بكثافة حالية تبلغ حوالي 17 ميكرومتر لكل سنتيمتر مربع. هذه ليست طاقة كبيرة ، لكن الفريق يقول إن توصيل أجهزة متعددة يمكن أن يولد طاقة كافية لشحن الأجهزة الصغيرة مثل الهواتف الذكية وغيرها من الأجهزة الإلكترونية الشخصية – كل ذلك بدون هدر ، ولا يستخدم سوى الرطوبة المحيطة (حتى في المناطق الجافة مثل صحراء الصحراء) .

يقول ياو: “الهدف النهائي هو إنشاء أنظمة واسعة النطاق” ، موضحًا أن الجهود المستقبلية يمكن أن تستخدم التكنولوجيا لتشغيل المنازل عبر أسلاك متناهية الصغر مدمجة في طلاء الجدران.

“بمجرد أن نصل إلى النطاق الصناعي لإنتاج الأسلاك ، أتوقع تمامًا أن نتمكن من إنشاء أنظمة كبيرة تسهم بشكل كبير في الإنتاج المستدام للطاقة”.

إذا كان هناك عائق أمام تحقيق هذه الإمكانات التي لا تصدق على ما يبدو ، فهذه هي الكمية المحدودة التي تنتجها الأسلاك النانوية G. sulfurreducens .

إن الأبحاث ذات الصلة التي أجراها أحد الفريق – عالم الأحياء المجهرية ديريك لوفلي ، الذي حدد لأول مرة ميكروبات جيوactاكتر في الثمانينات من القرن الماضي – يمكن أن يكون لها حل لذلك: هندسة الخلل الوراثي الأخرى ، مثل E. coli ، لأداء نفس الخدعة في إمدادات ضخمة.

“لجأنا E. القولونية في مصنع البروتين أسلاك متناهية الصغر،” يقول وفليي .

“مع هذه العملية القابلة للتوسعة الجديدة ، لن يكون تزويد البروتين متناهي الصغر عنق الزجاجة عنق الزجاجة لتطوير

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.