طور فريق من العلماء جهازاً يمكنه تحويل حرارة العوادم إلى طاقة كهربائية، وهو حل مبتكر لتحسين كفاءة السيارات التي تعمل بمحركات احتراق داخلي.
ويُعد محرك الاحتراق الداخلي في السيارات العاملة بالوقود غير فعال إلى حد كبير، إذ يُفقد حوالي ثلاثة أرباع الطاقة التي يتم استهلاكها، على شكل حرارة تنبعث من المحرك والعادم.
كان هذا الهدف الذي يسعى العلماء لتحقيقه منذ فترة طويلة، رغم التحديات المتعلقة بالتطبيقات العملية للمفهوم، مثل القضايا المتعلقة بالجدوى الاقتصادية. ولكن الآن، أعلن فريق من الباحثين نجاحهم في تطوير جهاز يمكنه تحويل حرارة العادم إلى طاقة كهربائية. ويتمتع الجهاز بتصميم بسيط نسبياً يمكن إضافته إلى أنبوب العادم في السيارة الحالية، أو حتى إلى فتحات العادم في مركبات أخرى مثل الطائرات المروحية.
وكما تم تفصيله في دراسة نشرت في مجلة ACS Applied Materials & Interfaces، استطاع النموذج الأولي للمولد الحراري الكهربائي أن يولد طاقة تصل إلى 40 وات، وهو ما يكفي لتشغيل مصباح كهربائي.
وتعتمد المولدات الحرارية على التدرجات في درجات الحرارة للعمل، فعندما يتم وضع أحد هذه الأجهزة بالقرب من أو على شيء ينتج حرارة العوادم، يتم جذب الإلكترونات من الجانب الساخن إلى الجانب البارد، مما يخلق تياراً كهربائياً.
في هذه الحالة، استخدم الباحثون مادة شبه موصلة مصنوعة من مادة البزموت-تيلورايد لتسهيل هذه العملية. ولكن التحدي الرئيسي يكمن في الحفاظ على هذا التفاوت في درجات الحرارة، فإذا لم يتم التدخل، سيبدأ الجزء البارد من المولد في ارتفاع درجة حرارته، مما يؤدي إلى فقدان التيار الكهربائي.
تبسيط الجهاز
وأشار الباحثون إلى أن بعض الحلول تستخدم التبريد بالماء، ولكن ذلك يجعل الجهاز أكبر حجماً وأكثر تعقيداً. أما ما كانوا يسعون لتحقيقه فهو جهاز قابل للتكيف وعملي، لذلك استخدموا تصميماً مبتكراً نسبياً لمبدد حراري باستخدام أسطوانة تحتوي على بروزات شبيهة بالزعانف تحيط بأنبوب العادم، مما يوفر مساحة سطحية إضافية لتمكين الحرارة من الانتقال عبر الحمل القسري، أي أن الهواء المتحرك المحيط بالجهاز يسحب الحرارة بعيداً، بينما في السيارات السريعة، يتم الحصول على هذا الهواء المتحرك بشكل طبيعي.
عند محاكاة بيئات السرعات العالية، اكتشف الباحثون أن نظامهم الحراري الكهربائي يمكنه إنتاج طاقة تصل إلى 56 وات عندما يسير بسرعة السيارة. أما في الطائرات المروحية، فقد كانت الطاقة المنتجة تقارب ثلاثة أضعاف ذلك 146 وات.
أشار الباحثون إلى أن "هذه النتائج قد تمهد الطريق نحو دمج الأجهزة الحرارية الكهربائية في تصميمات الأنظمة المعقدة للتطبيقات العملية في المستقبل".
