كيف يحول تدفق القابس مياه الأمطار إلى كهرباء متجددة

ولّد باحثون في جامعة سنغافورة الوطنية كهرباء من ماء يسقط عبر أنبوب رأسي صغير. ولم يكن الماء يجري في عمود متصل، بل في مقاطع قصيرة تفصل بينها جيوب هواء، وهو نمط يُسمى «الجريان السدادي». تفوّق هذا النمط على الجريان المستمر في الاختبارات المختبرية، لكن الدراسة لم تثبت أنه قادر على تزويد منزل بالكهرباء.

كيف يتولد التيار؟

عند ملامسة الماء سطحاً صلباً يمكن أن تنفصل شحنات كهربائية عند الحد الفاصل بينهما. في الجريان المستمر يحدّ من كمية الكهرباء سمك الطبقة الكهربائية المزدوجة الصغير جداً، المرتبط بطول ديباي. أما المقاطع المنفصلة من الماء والهواء داخل أنبوب قطره بضعة مليمترات فتخلق ظروفاً مختلفة عند السطح. رصد الباحثون انفصال أيونات الهيدروجين والهيدروكسيد دون الحاجة إلى شحن السطح مسبقاً.

المصدر: ACS Central Science (2025)

الجهاز والنتائج المقاسة

أسقط الفريق الماء من إبرة معدنية أفقية في أنبوب بوليمري رأسي قطره 2 مليمتر وطوله نحو 32 سنتيمتراً. تكوّنت داخله مقاطع مائية تفصل بينها جيوب هوائية. جُمعت الكهرباء من نقطتين: أعلى الأنبوب ووعاء تجميع الماء في أسفله.

عند معدل تدفق 80 مليلتراً في الدقيقة أنتج أنبوب واحد قدرة متوسطة تقارب 440 ميكروواط. وبلغت الكفاءة المثلى المحسوبة 10.4% من النقص في طاقة وضع الماء الجاذبية. أما رقم نحو 100 واط لكل متر مربع فهو كثافة قدرة منسوبة إلى مساحة تجميع مفترضة، وليس قدرة الأنبوب الواحد. وفي المقارنة التي أجراها الفريق أنتج الجريان السدادي كهرباء أكثر بنحو 100 ألف مرة من الجريان المستمر. أضاء الجهاز عدة مصابيح LED، وزادت القدرة عند إضافة أنبوب ثانٍ.

أظهرت تجارب تشغيل دامت حتى ساعتين وتشغيل متكرر على مدى سبعة أيام كفاءة متقاربة في المختبر. واختُبر ماء الصنبور ومحاليل ملحية مخففة أيضاً. لكن هذا لا يثبت تحمل الجهاز لسنوات في الهواء الطلق أو توليده طاقة كبيرة من أمطار حقيقية. وتعتمد القدرة على توفر تدفق الماء.

الاستخدامات المحتملة وحدودها

قد يفيد التصميم البسيط في تغذية حساسات صغيرة أو أجهزة منخفضة الاستهلاك. ويلزم اختبار التوسّع والتخزين والمتانة والتكلفة قبل الاستخدام التجاري. ولا تحدد الدراسة موعداً موثوقاً لطرح منتج خلال خمس إلى عشر سنوات. شركة Clearway Energy المذكورة في النسخة الإنجليزية تعمل في أنواع أخرى من الطاقة المتجددة ولم تشارك في هذا البحث.

Clearway Energy (CWEN) (CWEN )

أحدث أخبار Clearway Energy

الدراسة: Ao, C. K. وآخرون، «Plug Flow: Generating Renewable Electricity with Water from Nature by Breaking the Limit of Debye Length»، ACS Central Science 11، 719–733 (2025). doi:10.1021/acscentsci.4c02110.