الأجهزة الحرارية تحول الحرارة الزائدة إلى طاقة كهربائية للسيارات

Image_1_JPG

تشير التقديرات أن حوالي نصف الطاقة المنبعثة من المركبات والمعدات الثقيلة في الولايات المتحدة ، يتم صرفها بشكل حرارة، وأغلب هذه الحرارة المنبعثة يتم تصريفها عن طريق الهواء، إلّا أن هذه الحقيقة على وشك أن تتغير، وهذا بفضل المبدعين الحراريين من أمثال (غانغ تشن)، وهو أستاذ في هندسة القوى في مؤسسة كارل ريتشارد سودربرغ ورئيس قسم الهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

انطلاقاً من مبدأ أن المعدات الحرارية تقوم بتحويل الاختلافات في درجة الحرارة إلى جهد كهربائي، قام (تشن) منذ حوالي العقد من الزمن باستخدام تكنولوجيا النانو لإعادة هيكلة الأجهزة التي تتألف من مثل هذه المواد ودعم فعاليتها بشكل كبير، ممهداً بذلك الطريق لصناعة الأجهزة الحرارية المنخفضة التكلفة، وباستخدام هذا المبدأ أيضاً، قامت شركة (GMZ) للطاقة، وهي شركة تعاونية تأسست بالتشارك ما بين (تشن) مع (تشى فنغ رن)من جامعة هيوستن، بابتكار مولدة كهربائية حرارية تدعى بـ (TEG)، تقوم بتحويل الحرارة الفائضة المنبعثة من المركبات إلى كهرباء، وبذلك توفر المزيد من الطاقة لتلك المركبات.

تقوم (TEG) بتوليد الكهرباء عن طريق دخول الحرارة إلى الجزء العلوي من الوحدة، حيث تنتقل من خلال أشباه الموصلات إلى الجانب الأكثر برودة، ومن خلال الحركة الناتجة عن الإلكترونات في أشباه الموصلات التي تحدث نتيحة لتفاوت درجات الحرارة، يتم إنتاج جهد يؤدي إلى توليد الكهرباء، كما قامت شركة (GMZ) بمعالجة مشكلة تسرب الحرارة في المولدات الحرارية التي تنجم عن الاهتزازات الذرية في المواد عند الإنتقال من المنطقة الساخنة إلى الباردة، حيث قامت بإبطاء التسرب الحراري، مما أدى إلى زيادة أداء المولدات الحرارية بنسبة تتراوح بين 30-60%.

runningonwas

يمكن لـ (TEG) تحمل درجة حرارة تصل إلى 600 درجة مئوية على الجانب المخصص لدرجات الحرارة المرتفعة من الجهاز – السطح العلوي – في حين أنها تحافظ على الحرارة بدرجة 100 مئوية في الجانب الأكثر برودة من المولدة –الوجه السفلي – ومن خلال هذا التدرج الذي يحدث بين الدرجات / 500 درجة/ ، تقوم الوحدة بإنتاج 7.2 واط من الطاقة، فإذا ما تم تثبيت هذه المولدة قرب عادم السيارة، فسيكون بإمكانها توفير الطاقة للقطع الكهربائية لهذه السيارة، وفي الوقت ذاته تقوم بتقليل الحمل على بطارية السيارة، مما يؤدي إلى تقليل تكاليف الوقود وتخفيض الانبعاثات بشكل عام.

تعود فكرة الكهرباء الحرارية لعام 1821، حيث تعتمد على تأثير “سيباك” -تبعاً لمكتشفه (توماس سيباك)-، حيث يقوم المبدأ على تسخين إحدى نهايتي مادة ناقلة من أشباه الموصلات، لدفع الالكترونات لتتحرك إلى النهاية الثانية الأكثر برودة، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي، وبتطبيق هذا التيار على المادة في المقابل، يؤدي إلى نقل الحرارة من الناحية الحارة إلى الناحية الباردة من المادة، وفي تسعينيات القرن الماضي بدأ الباحثون باستخدام تكنولوجيا النانو لإعادة هيكلة المواد الحرارية لزيادة كفاءتها، وقد استمر تطور هذه التقنية على يد (تشن) لعدة عقود حتى استطاع التوصل بمساعدة زملاء له لإعادة هيكلة التقنية وذلك بإدخال مواد تؤدي إلى إبطاء مرور الفوتونات بشكل كبير، وهذا الأمر أدى إلى كبح التسرب في الحرارة، وفي الوقت ذاته السماح للإلكترونات أن تدفق بشكل حر.

أخيراً يمكن اعتبار  (TEG)وسيلة مهمة لتطوير سوق توليد الكهرباء من الحرارة بشكل عام، حيث يرى (تشن) أن شركة GMZتقوم بخطوات كبيرة للمساعدة في خلق عالم أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.