اكتشاف مذهل يحول حرارة عادم السيارات إلى طاقة كهربائية

هدر الطاقة في محركات الاحتراق الداخلي

تعتمد السيارات التي تعمل بالوقود على محركات الاحتراق الداخلي، لكن نحو 75% من الطاقة الناتجة عن احتراق الوقود يتم فقدها كحرارة، بينما يُستخدم 25% فقط في تحريك السيارة، هذه النسبة الكبيرة من الطاقة الضائعة تعني استهلاكا أكبر للوقود وانبعاثات أعلى من ثاني أكسيد الكربون.

لكن دراسة جديدة نُشرت في مجلة ACS Applied Materials & Interfaces تقدم حلاً مبتكرا لاستعادة هذه الطاقة المهدرة وتحويلها إلى كهرباء، مما قد يُحسن من كفاءة الوقود ويُقلل التأثير البيئي للمركبات.

تحويل حرارة العادم إلى كهرباء

يعتمد الحل الجديد على مولدات حرارية كهربائية (Thermoelectric Generators - TEGs)، وهي أجهزة تستخدم مواد شبه موصلة لتوليد الكهرباء من فروق درجات الحرارة. المشكلة في الأنظمة السابقة أنها كانت ضخمة، معقدة، وتحتاج إلى نظام تبريد إضافي للحفاظ على كفاءتها.

لكن الباحثين بقيادة وينجي لي وبيد بودل تمكنوا من تطوير نموذج جديد يتميز بـ:

تصميم خفيف الوزن وأكثر كفاءة.

قدرة على العمل في البيئات ذات السرعات العالية مثل السيارات، المروحيات، والمركبات الجوية غير المأهولة.

عدم الحاجة إلى أنظمة تبريد إضافية، مما يُسهل دمجه في أنظمة العادم الحالية.

تصميم مبتكر لمولد الطاقة الحرارية

يعتمد التصميم الجديد على مادة تيلورايد البزموت شبه الموصلة، مع مبادل حراري ذو زعانف معدنية يشبه تلك المستخدمة في أجهزة التكييف، كما يحتوي على مبدد حراري (Heatsink) يُعزز فرق درجات الحرارة، مما يزيد من كفاءة تحويل الطاقة.

وفقا للتجارب، تمكن النموذج الأولي من إنتاج 40 واط من الكهرباء – وهو ما يكفي لتشغيل مصباح كهربائي، وأظهرت النتائج أن زيادة تدفق الهواء في أنابيب العادم ترفع كفاءة التحويل، مما يؤدي إلى إنتاج طاقة كهربائية أكبر.

نتائج واعدة في البيئات عالية السرعة

أجرى الباحثون محاكاة لاختبار أداء النظام في سرعات مختلفة للعادم، وكانت النتائج كالتالي:

عند سرعات العادم المشابهة لسرعة السيارات، أنتج الجهاز 56 واط.

عند سرعات العادم المشابهة للمروحيات، ارتفع الإنتاج إلى 146 واط – أي ما يعادل طاقة 12 بطارية ليثيوم أيون.

مستقبل واعد للطاقة المستدامة

يتميز هذا النظام بإمكانية دمجه بسهولة مع أنظمة العادم الحالية، مما يجعله حلاً عمليًا يمكن تطبيقه على نطاق واسع دون الحاجة إلى تعديلات كبيرة في تصميم المركبات، ومع تزايد الطلب على حلول الطاقة النظيفة، قد يكون هذا الابتكار خطوة مهمة نحو تحسين كفاءة الوقود وتقليل البصمة الكربونية للمركبات.

هل يمكن أن يكون هذا النظام جزءا من السيارات المستقبلية؟ يبدو أن العلماء يمهدون الطريق نحو جيل جديد من المركبات التي تستفيد من كل جزء من طاقتها، بدلا من هدره!