طريقة مبتكرة لتوليد الكهرباء دون أسلاك

مستوحاة من توربين تيسلا

دينا قدري

2026-01-18

0 205

توليد الكهرباء دون أسلاك مستوحى من توربين تيسلا - الصورة من منصة "مورنينغ أوفرفيو"

ابتكر باحثون طريقة جديدة لتوليد الكهرباء دون أسلاك بوساطة الهواء المضغوط فقط، مستوحاة من توربين تيسلا دون شفرات، إذ تحوّل الكهرباء الساكنة إلى طاقة قابلة للاستهلاك.

ولطالما شكّلت فكرة استغلال الكهرباء الساكنة في الهواء المضغوط مشكلةً مزعجةً في البيئات الصناعية، وهي تمثّل نهجًا مبتكرًا لتحويل النفايات إلى طاقة قابلة للاستهلاك، مع حل مشكلة أمان بالغة الأهمية.

ووفق الدراسة الحديثة التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، يجمع الجهاز الجديد بين مفهوم التوربينات القديم والمواد الكهروإجهادية الحديثة (مواد تولّد شحنة كهربائية ساكنة عند احتكاكها ببعضها أو تلامسها).

وقد توفّر هذه التقنية حلًا مزدوج الغرض للمنشآت الصناعية التي تستعمل الهواء المضغوط؛ إذ لا تُولد الكهرباء فحسب، بل تُساعد أيضًا في تحييد الكهرباء الساكنة، ما يُحسّن السلامة وجودة الهواء.

المزج بين الهواء المضغوط وتوربين تيسلا

يُستعمل الهواء المضغوط على نطاق واسع في البيئات الصناعية، نظرًا إلى تعدد استعمالاته وكفاءته؛ فهو يُشغّل الأدوات والآلات وعمليات الأتمتة في صناعات مثل التصنيع والسيارات والروبوتات.

ومع ذلك، في أثناء مرور الهواء المضغوط عبر الأنابيب، فإنه غالبًا ما يحمل جزيئات دقيقة من الغبار وجزيئات الماء.

وعندما تصطدم هذه الجزيئات بالأسطح الداخلية للأنابيب، فإنها قد تُولّد شحنات ساكنة؛ وهذه الظاهرة -المعروفة بالتأثير الكهروإجهادي- تحدث عندما تكتسب المواد أو تفقد إلكترونات في أثناء الاحتكاك.

ولذلك، ابتكر الباحثون من جامعة تشونغ أنغ ومعهد كوموه الوطني للتكنولوجيا بكوريا الجنوبية، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بالولايات المتحدة، وجامعة تايوان الوطنية، طريقةً لتوليد الكهرباء دون أسلاك بوساطة الهواء المضغوط فقط وتصميم توربين تيسلا.

ووفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة، فإن النظام الجديد مستوحى من توربين تيسلا، وهو تصميم دوّار دون شفرات حصل نيكولا تيسلا على براءة اختراعه عام 1913.

ويعتمد تصميم توربين نيكولا تيسلا دون شفرات على مقاومة اللزوجة بدلًا من الشفرات التقليدية لتوليد الحركة الدورانية.

ففي التوربينات التقليدية، تُصمّم الشفرات بزاوية لتغيير اتجاه تدفق السوائل وتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة ميكانيكية؛ في حين يتميز تصميم تيسلا بأقراص ملساء متقاربة تسمح للهواء أو السوائل الأخرى بالالتصاق بأسطحها ونقل الزخم في أثناء دورانها الحلزوني نحو الداخل.

وبفضل غياب الشفرات، يعمل توربين تيسلا بأجزاء متحركة أقل، ما يُحسّن متانته ويقلل من تآكله الميكانيكي.

طريقة عمل توربينات تيسلا - الصورة من مجلة "إنترستينغ إنجينيرينغ"

توليد الكهرباء دون أسلاك

توليد الكهرباء دون أسلاك من الابتكارات المهمة، فقد أوضح الباحثون أن الهواء المضغوط يدخل الجهاز عبر مدخل، مُحدثًا تدفقًا عالي السرعة يصل إلى 300 متر/ثانية، ويُدير هذا التدفق الهوائي القرص الدوار بفعل الاحتكاك السطحي فقط، ويصل الدوار إلى 8 آلاف و472 دورة في الدقيقة عند ضغط 0.2 ميغا باسكال.

ويحقق هذا النظام ذروة إنتاجية تبلغ 800 فولت و2.5 أمبيرًا بتردد 325 هرتز دون الحاجة إلى أي جزيئات إضافية، مستفيدًا من الشحنات الكهروستاتيكية وقوة لزوجة الهواء المضغوط.

(الشحنات الكهروستاتيكية هي اختلال في توازن الشحنات الكهربائية -نقص أو زيادة في الإلكترونات- على سطح مادة، تنتج عن الاحتكاك بين جسمَين وتسبب قوى جذب أو تنافر حتى يتم تفريغها)

وكشف الباحثون عن أن الجهد العالي الناتج يُسهّل تحييد الغبار والرطوبة وجمعهما عن طريق توليد أيونات سالبة.

وتُظهر التقنية الجديدة الإمكانات الهائلة لدمج مبادئ الهندسة الكلاسيكية (مثل توربين تيسلا) مع علم المواد الحديث لمعالجة التحديات الصناعية المزمنة، بحسب الدراسة التي نشرتها مجلة "أدفانسد إنرجي ماتريالز" (Advanced Energy Materials) بعنوان "توليد الكهرباء المستوحى من توربينات تيسلا بفعل تأثير الجسيمات الساكنة".

فمن خلال التقاط الكهرباء الساكنة في الهواء المضغوط واستعمالها، يُوفّر هذا النظام طريقة مستدامة لتوليد الكهرباء مع تحييد الشحنات الخطرة التي تُشكّل مخاطر على السلامة.

وبذلك، لا يُمكنه إحداث ثورة في توليد الطاقة الصناعية فحسب، بل يُمكنه أيضًا تحسين السلامة والكفاءة العامة للبيئات الصناعية، بحسب ما نقلته مجلة "إنترستينغ إنجينيرينغ" (Interesting Engineering).

وأكدت التجارب العملية جدوى الجهاز في الواقع العملي؛ إذ أضاء الجهاز 1000 مصباح ليد (LED)، موزعة على 4 سلاسل متوازية، وشغّل في الوقت نفسه 4 مصابيح تجارية بقدرة 2.5 واط.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصادر: