اكتشف علماء مؤخراً طريقة جديدة لتحويل الحرارة إلى كهرباء، من خلال توليد طاقة  من الحرارة في أشياء مثل، عوادم السيارات، ومسابر الفضاء، والعمليات الصناعية.

اكتشف مجموعة من العلماء الدوليين كيفية التقاط الحرارة ومن ثم تحويلها إلى كهرباء. إن هذا الاكتشاف -الذي نُشِرَ الأسبوع الماضي في مجلة “Science Advances”- قادر على توليد الطاقة من الحرارة أكثر كفاءةً كعوادم السيارات، ومسابر الفضاء، والعمليات الصناعية.

صَرَّحَ جوزيف هيرمانز -مؤلف مشارك في هذه الدراسة، وأستاذ الهندسة الميكانيكية والفضائية، وباحث بارز في مجال تقنية النانو بجامعة أوهايو- قائلاً: “إن هذا الاكتشاف قد مكننا من توليد طاقة كهربائية من الحرارة أكثر مما نفعله اليوم”. وأضاف: “إنه أمرٌ لم يعتقد أحد أنه بالإمكان فعله حتى الآن”.

يعتمد الاكتشاف بشكل أساسي على جزيئات صغيرة تسمى موجات الدوران شبه المغناطيسية “paramagnons”، وهي جزيئات ليست مغناطيسية تمامًا، ولكنها تحمل بعض التدفق المغناطيسي. إن هذا الاكتشاف مهم جداً، لأن هذه المغانط تفقد قوتها المغناطيسية عند تسخينها وتصبح نوعاً ما شبه مغناطيسية. حيث أن التدفق المغناطيسي –أو ما يسميه العلماء “بالدوران”- يُشكل نوعًا جديداً من الطاقة التي يطلق عليها (الكهرباء الحرارية الناتجة من سحب المغنون) “magnon-drag thermoelectricity”، وقد مَكَّنَ هذا الاكتشاف من عملية تجْميع الطاقة في درجة حرارة الغرفة.

قال هيرمانز: “هناك حكمة تقليدية شائعة تقول: لا شيء سيحدث إذا سخنت عنصر بارامغناطيسي”. اكتشفنا فيما بعد أن هذه الحكمة غير دقيقة، وإنما هي طريقة جديدة لتصميم أشباه الموصلات الكهربائية الحرارية ويقصد بها -المواد التي تحول الحرارة إلى كهرباء-. إن المواد الكهربائية الحرارية التقليدية التي كانت لدينا قبل عشرين سنة أو نحو ذلك غير فعالة للغاية وتولد القليل من الطاقة، لذلك لم تكن شائعة الاستخدام، و قد غير هذا الاكتشاف ذلك المفهوم.

تُصنف المغانط جزءاً حيوياً من عملية تجميع الطاقة من الحرارة. فعندما ترتفع درجة حرارة إحدى جانبي المغناطيس، يكون الجانب الآخر -البارد- مغناطيسيًا بشكل أكبر، مما ينتج عنه ما يسمى بالدوران، وهو ما يدفع الإلكترونات في المغناطيس ويولد الكهرباء.

ويحدث العكس كذلك، عندما تسخن المغانط، فإنها تفقد معظم خصائصها المغناطيسية -محولًا إياها إلى شبه مغناطيسية- كما يسميها هيرمانز. هذا يدل على أنه لم يفكر أحدٌ قبل هذا الاكتشاف باستخدام مواد بارامغناطيسية لإنتاج الحرارة، لأن العلماء اعتقدوا أن المواد البارامغناطيسية لم تكن قادرة على حصاد الطاقة.

اكتشف الباحثون بعدها، أن المواد البارامغناطيسية تدفع الإلكترونات لمليارات الملايين جزءاً من الثانية، وهو وقت كافٍ لجعل هذه المواد قادرة على حصاد الطاقة.

حيث بدأ الباحثون -مجموعة دولية من العلماء من جامعة ولاية أوهايو وجامعة ولاية كارولينا الشمالية والأكاديمية الصينية للعلوم- (وجميعهم مؤلفون مشاركون بهذا المقال الصحفي) باختبار المواد البارامغناطيسية لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم إنتاج الدوران اللازم تحت هذه الظروف الملائمة.

قال هيرمانز: “لقد اكتشف الباحثون أن المواد البارامغناطيسية قادرة على إنتاج نوع الدوران المطلوب الذي يدفع الإلكترونات”. وأضاف: “إن هذا الاكتشاف قادر على جعل أمر تجميع الطاقة ممكناً”.

لقد أُجري هذا البحث بالشراكة مع أحد مؤلفين فيه وهو الخريج يوانهوا تشنغ من جامعة ولاية أوهايو. وكذلك باحثين آخرين في مختبر أوك ردج الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، وبدعم من مؤسسة العلوم الوطنية، ومكتب القوات الجوية للبحوث العلمية، ووزارة الطاقة الأمريكية.

المترجم: عبدالرحمن الخلف

تويتر: @alkhalaf05

الكاتب: لورا أرنشيلد – جامعة ولاية أوهايو

المراجع: عبد السلام العقيل

تويتر:@7Asalam7

المصدر:https://www.sciencedaily.com