اكتشف العلماء في جامعة كاليفورنيا في ديفيس طريقة لتوليد الطاقة الميكانيكية بعد غروب الشمس من خلال تسخير برودة الفضاء. ونشرت نتائج عملهم في المجلة تقدم العلوم. قام الفريق بقيادة البروفيسور جيريمي مونداي، بإنشاء نموذج أولي لمحرك ستيرلنغ الذي، إلى جانب لوحة التبريد الإشعاعية، قادر على العمل ليلاً بدون وقود، باستخدام الاختلافات الطبيعية في درجات الحرارة بين الأرض والسماء.

مبدأ تشغيل محرك ستيرلينغ

محرك ستيرلينغ هو محرك حراري خاص يحول الفرق في درجة الحرارة بين الأسطح الساخنة والباردة إلى حركة ميكانيكية. يتم تسخين الغاز الموجود داخل الأسطوانة من الجانب ذي درجة الحرارة الأعلى، ويتمدد ويدفع المكبس. ثم يبرد الغاز على الجانب الآخر، وينضغط، وتتكرر الدورة. يسمح هذا المبدأ للمحرك بالعمل حتى مع التغيرات الصغيرة في درجات الحرارة، وهو ما لا تستطيع محركات الاحتراق الداخلي الكلاسيكية القيام به. يوضح مونداي:

“تكون هذه المحركات فعالة للغاية عندما تكون التدرجات الحرارية صغيرة، في حين أن الأنواع الأخرى تعمل بشكل أفضل عند التدرجات الأكبر ويمكن أن تنتج المزيد من الطاقة.”

كيف يعمل برودة الفضاء على تشغيل المحرك

عادةً، لتشغيل المحرك، يتم تسخين جانب واحد ويتم الاحتفاظ بالجانب البارد بالقرب من درجة الحرارة المحيطة. اتخذ مونداي وطالب الدراسات العليا تريستان ديبي نهجًا مختلفًا: فقد استخدموا برودة السماء ليلاً والفضاء. ليس هناك حاجة إلى أي اتصال جسدي بالمساحة – حيث يتم تشعيع الحرارة ببساطة من اللوحة إلى المساحة المفتوحة.

يوضح مونداي: “لست بحاجة إلى لمس الفضاء جسديًا، فالتفاعل الإشعاعي يكفي. ويمكن مقارنة التأثير بالشعور الذي يشعر به الشخص عندما يخرج إلى الهواء النقي النقي ليلاً ويفقد الحرارة بسرعة”.

الاختبارات والنتائج الليلية

للتجربة، تم تركيب المحرك على لوحة تبريد إشعاعي متجهة إلى الأعلى، وتم استخدام الأرض كجانب دافئ. كان اختلاف درجة الحرارة كافياً لبدء المكبس في التحرك وتدوير دولاب الموازنة. وخلال عام من الاختبارات الليلية، أنتج الجهاز باستمرار ما لا يقل عن 400 مللي واط من الطاقة الميكانيكية لكل متر مربع. وكان هذا كافياً لتدوير مروحة صغيرة وتوصيلها بمحرك كهربائي لتوليد التيار.

يلاحظ العلماء أن هذه الطريقة تكون أكثر فعالية في المناطق ذات الرطوبة المنخفضة والليالي الصافية المتكررة. يمكن أن يكون هذا النهج مفيدًا لتهوية البيوت الزجاجية أو المباني التجارية الصغيرة أو المباني السكنية خلال الموسم الدافئ، عندما يحتاج الهواء إلى الدوران بعد غروب الشمس وتتوقف الألواح الشمسية عن العمل.

الإمكانات التكنولوجية والخطط المستقبلية

تقدمت جامعة كاليفورنيا في ديفيس بطلب للحصول على براءة اختراع لهذه التكنولوجيا وتخطط لتوسيع النموذج الأولي ليشمل أنظمة أكبر.

وقال مونداي: “تظهر تجاربنا أن الفضاء يمكن أن يوفر نقطة باردة عملية لتوليد الطاقة في الليل”.

وفي المستقبل، يأمل الفريق في تحسين الجهاز وتكييفه مع التطبيقات المنزلية والصناعية الواقعية. ويعتقد العلماء أيضًا أن مثل هذه الأنظمة يمكن أن تصبح جزءًا من محطات الطاقة الهجينة التي تعمل على مدار الساعة: أثناء النهار – على الألواح الشمسية، في الليل – باستخدام تبريد الفضاء.