قام مهندسون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) والمختبر الوطني للطاقة (NREL) بالإعلان عن نوع جديد من المحركات الحرارية

والتي تعمل بدون أي أجزاء متحركة، بغعالية تبلغ 40٪ تقريباً، ومن الممكن أن تحل مستقبلاً محل التّوربينات البخاريّة التّقليديّة.

اطلق المهندسون على المحرك اسم الخلية الضّوئية الحرارية (TPV)، وهو يشترك في بعض الخصائص مع الخلايا الضّوئية  التّقليدية

إلا أنه يلتقط فوتونات عالية الطّاقة من مصدر أبيض ساخن لتوليد الكهرباء، ويعتبر قادراً على توليد الطّاقة من درجات حرارة تتراوح بين 3400 و 4300 درجة فهرنهايت (1900 – 2400 درجة مئوية).

تتمثل الخطة المستقبلية للمحرك الحراري في دمج الخلايا في بطارية حرارية يمكنها امتصاص الطّاقة الحرارية الواردة من مصادر مثل الشّمس

وتخزين تلك الطّاقة في مخازن معزولة من الغرافيت السّاخن.

وعندما تكون هناك حاجة فعلية للطاقة، يمكن لخلايا TPV تحويل الحرارة إلى كهرباء وتزود بها الشّبكة لتسد ثغرات التوريد من مصادر الطّاقة المتجددة في حال عدم قدرتها على تلبية الطّلب.

أما في وقتنا الحاضر، وعلى نطاق ضيق، فقد نجح الفريق في تطبيق الأجزاء الأساسية المكونة لمثل هذا النّظام

حيث أنهم يعملون على طريقة لتجميع جميع الأجزاء معاً لإجراء  الاختبارات التّجريبية.

وبمجرد أن يتمّ تحقيق ذلك، فإنهم يأملون توسيع نطاق الهدف على المدى الطّويل والمتمثل باستبدال محطات الطّاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري.

أوضح آسيغن هنري وهو أستاذ للتّطوير الوظيفي في قسم الهندسة الميكانيكية التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

أنّ الخلايا الحرارية الضّوئية تعدّ آخر خطوة رئيسية نحو برهنة أنّ البطاريات الحرارية مفهوم قابل للتطبيق

وأنها خطوة حاسمة في نشر الطّاقة المتجددة والحصول على نظام كهربائي خال من الكربون.

لماذا يعد اختراعاً ثورياً في قطاع الطّاقة ؟

في وقتنا الحالي، إنّ مصدر القسم الأكبر من إنتاج الطّاقة العالمي هو الفحم والغاز الطّبيعي

بالإضافة إلى بعض المصادر المتجددة واسعة النّطاق مثل الطّاقة النّووية والطّاقة الشّمسية المركزة.

وتُعد التّوربينات البخارية التّكنولوجيا الرّئيسية المستخدمة في هذه التطبيقات ووالوسيلة الفعلية لتحويل الحرارة إلى كهرباء.

ولقد أثبتت هذه التوربينات فعاليتها، إلا أنها كتكنولوجيا لم تتغير كثيراً لما يزيد عن قرن من الزّمن.

تتمكن التّوربينات البخارية عادةً من استخدام حوالي 35% من الطّاقة التي يوفرها مصدرها الحراري إلى كهرباء

وباستخدام بعض المحركات تصبح قادرة على توفير كفاءة تصل حتى 60% إلا أنها تعاني من نقطة ضعف رئيسية وهي احتوائها على أجزاء متحركة يمكن أن تتعطل بمرور الوقت.

كما يجب أن تتحمل اجزائها درجات الحرارة المرتفعة لفترات طويلة من الزمن، لذلك تتعرض للتآكل  بمرور الوقت.

وللتغلب على هذه السّلبية، حاول بعض الباحثين والمهندسين توفير بدائل مباشرة للمحركات البخارية التّقليدية.

من خلال تطوير تقنية الـ TPV من مواد شبه ناقلة ذات  فجوة نطاق معينة (الفجوة بين نطاق تكافؤ المادة ونطاق التّوصيل الخاص بها).

وبذلك فإنّ هذه التقنية ذات إمكانات هائلة لتقليل اعتماد الاقتصادات العالمية على الوقود الأحفوري.

فهذه التقنية آمنة بيئياً ويمكن أن يكون لها تأثير هائل في الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من إنتاج الكهرباء.

المصدر: اضغط هنا

• إعداد: المهندسة مريم القاسم
• تدقيق: المهندسة أسماء حمود
• تحرير: المهندس بشار الحجي