مولد كهربائي حراري للاستفادة من عوادم السيارات والطائرات.. ابتكار أمريكي

توصَّل باحثون أميركيون في جامعة ولاية بنسلفانيا إلى ابتكار مولد كهربائي حراري مُدمج، يحوّل الحرارة المُهدرة من إلى طاقة كهربائية، في محاولة لإيجاد تدابير تكنولوجية أكثر كفاءة لخفض الانبعاثات.

مولد كهربائي حراري

ووفق بيان صحفي عمل الباحثون في جامعة ولاية بنسلفانيا على تحسين تحويل الطاقة للمحركات التي تعمل بالبنزين، باستعمال مولد كهربائي حراري.

وقدّم الباحثون نموذجاً أولياً لنظام مولد حراري كهربائي يسهم في تقليل استهلاك الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون ما يمثّل فرصة لتحسين مبادرات الطاقة المستدامة.

ويُمكن لهذا المولد الكهربائي الحراري المُدمج تحويل الحرارة المُهدرة من السيارات والمروحيات والمركبات الجوية دون طيار، إلى طاقة كهربائية قابلة للاستعمال.

عيوب محركات الاحتراق الداخلي

ووفق التفاصيل فإن كفاءة محركات الاحتراق الداخلي، التي تستعمل عادةً لتشغيل المركبات تبلغ نحو 25 بالمئة فقط.

بعبارة أخرى عندما نستعمل مركبة، فإن ثلاثة أرباع الطاقة المخزّنة في البنزين تُهدَر، وتخرج على شكل حرارة.

من جانبها تستعمل المولدات الكهربائية الحرارية مواد الرقائق الإلكترونية، لتحويل الحرارة إلى كهرباء بناءً على فرق درجة الحرارة، وتحوّله إلى طاقة، وقد كان هذا المفهوم موجوداً منذ مدّة طويلة.

ومع ذلك فإن تصميم المولدات معقّد، ويعتمد على نظام تبريد خارجي للحفاظ على فرق درجة الحرارة الأمر الذي يتطلب استعمال نظام تبريد قائم على الماء، ما يزيد من حجم المولد، ويجعله أقل تنوعاً للنشر.

وقد عالج فريق البحث في قسم الهندسة الميكانيكية، بقيادة “وينجي لي وبيد بوديل” في جامعة ولاية بنسلفانيا هذه العيوب من خلال نهج تصميم مبتكر.

وبدلاً من الاعتماد على نظام تبريد قائم على الماء اختار الباحثون مبادلات حرارية تُستعمل في مكيفات الهواء لالتقاط الحرارة المنبعثة من أنابيب العادم وفق ما جاء في نتائج البحث التي نشرتها مجلة “إيه سي إس بابليكيشنز” (ACS Publications).

ابتكار مولد كهربائي حراري

وصنّع فريق البحث مولداً كهربائياً حرارياً نموذجياً من مادة شبه موصلة تُسمى تيلوريد البزموت، وأضاف الفريق مكوناً يسمى المشتت الحراري إلى تصميمه.

ويتمثل دور المشتت الحراري في زيادة فرق درجة الحرارة للنظام الذي يرتبط ارتباطاًً مباشراً بكمية الكهرباء الناتجة.

وحقّق المولّد النموذجي إنتاج كهرباء يبلغ 40 واط وهو ما يكفي لتشغيل مصباح كهربائي، بحسب ما جاء في نتائج البحث.

ولكن الأهم من ذلك اكتشف الباحثون أن ظروف تدفُّق الهواء العالية في أنابيب العادم تساعد بتحسين إنتاج الكهرباء من المولد.

ثم أجرى الفريق عمليات محاكاة في بيئات توجد فيها مثل هذه الظروف، ووجدوا أن نظامهم يمكن أن يولّد المزيد من الكهرباء عند نشره، وفق ما نقلته منصة “إنترستينغ إنجينيرينغ” (Interesting Engineering).

على سبيل المثال قُدّر إنتاج المولد الكهربائي الحراري بنحو 56 واط عند نشره في سيارة، في حين يُمكن أن يولّد عادم المروحية 146 واط من الكهرباء، وهو ما يعادل 12 بطارية ليثيوم أيون.

عوادم الطائرات

ونظراً لأن النظام يمكن دمجه في منافذ العادم ولا يعتمد على بنية تحتية إضافية للتبريد، فيُمكن أيضاً تركيبه على المركبات الحالية.

وقد أعرب الباحثون عن ثقتهم بأن هذا الابتكار سيمهّد الطريق لدمج الأجهزة الكهربائية الحرارية في المركبات اليومية، والمساعدة في استعادة الكهرباء التي قد تهدر.