توليد الكهرباء من قشور الفاكهة
كشفت دراسة حديثة عن توصَّل علماء أميركيون إلى ابتكار جديد لـ توليد الكهرباء من قشور الفاكهة، باستعمال جهاز كهربائي احتكاكي، وطوِّرَت هذه الطريقة من قبل باحثين بجامعة إلينوي في أوربانا شامبين، بعد تحليل التركيب الكيميائي للقشور وخصائصها الميكانيكية.
توليد الكهرباء من قشور الفاكهة
واستعمل الباحثون الكتلة الحيوية من نفايات “الغريب فروت” (أو الليمون الهندي)، لتشغيل أجهزة كهربائية صغيرة ومراقبة الحركات الميكانيكية الحيوية (المبادئ الميكانيكية للحركة البشرية).
واستعمل فريق البحث خصائص القشر لإنشاء أجهزة تحوّل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء، وتعمل بوصفها أجهزة استشعار للحركة ذاتية التشغيل.
توليد الكهرباء من الغريب فروت
ووفق الدراسة يتم زرع “الغريب فروت” بكثرة في جنوب شرق وشرق آسيا، وهو عبارة عن فاكهة حمضية كبيرة ذات قشرة سميكة للغاية، وعادةً ما يُتخلَّص منها، ما يؤدي إلى كمية كبيرة من هدر الطعام.
وتزن ثمرة “الغريب فروت” عادةً من كيلوغرام واحد إلى كيلوغرامين، ويمثّل القشر 30 بالمئة إلى 50 بالمئة.
وحول ابتكار توليد الكهرباء من قشور الفاكهة، يقول المؤلف المشارك في الدراسة، الأستاذ المساعد في قسم علوم الأغذية والتغذية البشرية، يي تشنغ وانغ: “يتكون قشر “الغريب فروت” من جزأين رئيسين: طبقة خارجية رقيقة وطبقة داخلية بيضاء سميكة.. الجزء الأبيض ناعم ويشبه الإسفنج عند الضغط عليه”.
وتابع: “استعمل بعض الأشخاص قشور “الغريب فروت” لاستخراج مركبات للزيوت الأساسية أو مادة البكتين (نوع طبيعي من أنواع الألياف الغذائية يوجد عادةً في جدران الخلايا النباتية المكوّنة لبعض أنواع الفواكه والخضراوات والبذور)، لكننا أردنا الاستفادة من البنية المسامية الطبيعية والإسفنجية للقشر”.
وأضاف وانغ: “إذا تمكّنّا من إعادة تدوير القشر إلى منتجات ذات قيمة أعلى بدلًا من التخلص منه، فسنتمكّن من تقليل النفايات الناتجة عن إنتاج “الغريب فروت” واستهلاكه وصنع العصير، بالإضافة إلى خلق قيمة أكبر من الطعام والنفايات الزراعية”، بحسب ما جاء في تفاصيل الدراسة التي نشرتها مجلة “إيه سي إس بابليكيشنز” (ACS Publications).
وفصل الباحثون قشر “الغريب فروت” عن اللب وأزالوا الطبقة الخارجية؛ إذ قُطِع القشر الأبيض الإسفنجي السميك المتبقي إلى قطع أصغر، وجُفِّفَ بالتجميد للحفاظ على بنيته المسامية ثلاثية الأبعاد الفريدة، ثم خُزِّنَ في ظل ظروف رطوبة مختلفة.
الأجهزة الكهربائية الاحتكاكية
ووفق الدراسة استعمل الباحثون كتلة حيوية من قشر “الغريب فروت” وغشاء بلاستيكي (بولي إميد) بوصفهما طبقات كهربائية احتكاكية يجري توصيلها عند وجود قوة خارجية.
ووصّل العلماء قطباً كهربائياً من رقائق النحاس بكل طبقة، وقاموا بتقييم مدى قدرة الجهاز الناتج على تحويل الطاقة الميكانيكية الخارجية إلى كهرباء.
وكشفت الدراسة أن النقر على هذه الأجهزة الكهربائية الاحتكاكية القائمة على قشر “الغريب فروت” بإصبع يمكن أن يضيء نحو 20 مصباحاً ثنائياً باعثاً للضوء (LED).
كما أظهروا أنه يمكن تشغيل الآلة الحاسبة أو الساعة الرياضية فقط بهذه القوى الميكانيكية، دون كهرباء خارجية، عند دمجها مع نظام إدارة الكهرباء مع وحدة تخزين الكهرباء.
وكشف الباحثون أن هذه الأجهزة لديها إمكانات قوية لتحويل الطاقة المُهدَرة إلى كهرباء مفيدة، بحسب ما نقلته منصة “إنترستينغ إنجينيرينغ” (Interesting Engineering).
مولّد نانوي كهربائي احتكاكي محسّن
ويتمتع المولّد النانوي الكهربائي الاحتكاكي المحسّن القائم على مادة مسامية مشتقّة من قشر الغريب فروت (PP-TENG)، بجهد دائرة مفتوحة يبلغ 58 فولت، وكثافة طاقة قصوى تبلغ 254.8 ميغاواط/متر مربع.
“لقد وجدنا أيضًا أنه بفضل البنية المسامية الطبيعية لقشر “الغريب فروت”، يمكن للأجهزة الكهربائية الاحتكاكية التي تعتمد عليها أن تكون شديدة الحساسية للقوة وتردّد القوة.. ألهمنا هذا لتطوير أجهزة استشعار يُمكن ربطها بجسم الإنسان لمراقبة الميكانيكا الحيوية”، حسبما أوضح وانغ.
ووفقاً للباحثين، عندما رُبطت أجهزة الاستشعار التي ابتكرها الباحثون بأجزاء مختلفة من الجسم، كانت قادرة على مراقبة الحركات الميكانيكية الحيوية، مثل حركات المفاصل وأنماط المشي.
وكان هذا لأن حركات أجزاء مختلفة من الجسم يُمكن أن تؤدي إلى كهربة التلامس بين طبقات الكهرباء الاحتكاكية، ما يؤدي إلى توليد إشارات كهربائية مميزة تتوافق مع حركات مختلفة؛ ما يوفر رؤى قيمة لموظفي الرعاية الصحية وإعادة التأهيل البدني.