ثورة في قطاع الطاقة.. باحثون يكتشفون أساليب جديدة لتوليد الكهرباء من الثلج

كشفت دراسة جديدة أن الجليد العادي ليس خاملاً كما يبدو، حيث توصل العلماء إلى أن الجليد قادر على توليد الكهرباء عند ثنيه أو تمدده أو لفّه.

هذه القدرة غير العادية، المعروفة باسم "الكهرباء المرنة"، تعني أنه حتى الأشياء الشائعة مثل مكعبات الثلج في مشروبك لها خصائص كهروميكانيكية خفية.

شارك في البحث المعهد الكتالوني لعلوم النانو (ICN2) بإسبانيا، وجامعة "شيان جياوتونغ"، وجامعة "ستوني بروك".

ويظهر الاكتشاف أن السلوك الكهربائي للجليد يتغير أيضاً مع درجة الحرارة. وقد يُعيد هذا الاكتشاف صياغة فهم العلماء لإحدى أكثر المواد شيوعاً على وجه الأرض.

وقال الباحث الرئيسي وعالم الفيزياء النانوية في المعهد الكتالوني لعلوم النانو بإسبانيا، شين وين، لموقع "جيزمودو": "تغير هذه الورقة البحثية نظرتنا للجليد: من مادة خاملة إلى مادة فعالة قد تسهم في كل من الأساسيات والتطبيقات".

لماذا يحير الجليد العلماء؟

لسنوات تساءل العلماء عن سبب عدم امتلاك الثلج لخاصية الكهرباء الانضغاطية (Piezoelectricity)، رغم أن جزيئات الماء نفسها تحمل شحنة قطبية. لكن عند تجمدها، تتوزع هذه الشحنات بطريقة تلغي بعضها البعض، ما يمنع توليد الكهرباء بهذه الطريقة.ومع ذلك، فإن الثلج في الطبيعة يُظهر سلوكًا كهربائيًا، مثلما يحدث في العواصف الرعدية، حيث تتولد الشحنات نتيجة تصادم جزيئات الثلج، وهو ما أثار حيرة العلماء لعقود.

وفي التجربة، وضع الباحثون لوحًا من الثلج بين صفيحتين معدنيتين، ثم قاموا بثنيه، ولاحظوا توليد شحنة كهربائية في جميع درجات الحرارة التي تم اختبارها.

لكن المفاجأة الأكبر جاءت عند درجات حرارة منخفضة جدًا، حيث اكتشف الفريق ظهور طبقة كهربية انحرافية (Ferroelectric) على سطح الثلج، يمكن قلب شحنتها عند تطبيق مجال كهربائي خارجي، تمامًا كما يحدث في المغناطيس.

وهذا يعني أن سطح الجليد يمكن أن يطور استقطاباً كهربائياً طبيعياً، والذي يمكن عكسه عند تطبيق مجال كهربائي خارجي - على غرار كيفية قلب أقطاب المغناطيس، بحسب ما ذكره الباحثون المشاركون في الدراسة.

وأضاف التقرير أن الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن "الجليد قد لا يمتلك طريقة واحدة لتوليد الكهرباء، بل طريقتين: الفيروكهربائية السطحية عند درجات حرارة منخفضة جداً، والفيروكهربائية عند درجات حرارة أعلى تصل إلى 0 درجة مئوية".

وتضع النتائج الجليد في نفس فئة المواد الكهروسيراميكية المتقدمة، مثل ثاني أكسيد التيتانيوم، والتي تستخدم على نطاق واسع في تقنيات مثل أجهزة الاستشعار والمكثفات.