الطحالب توفر إمكانات حقيقية كمصدر متجدد للكهرباء

التكنولوجيا لديها القدرة على أن تصبح مصدرا للطاقة نظيفة وبأسعار معقولة وقابلة للتحلل ورخيصة جدًا في التصنيع

ويقول، إنه يوفر أيضًا مزايا تصنيعية كبيرة مقارنة بالأنظمة الأخرى، ويضيف باكيريسامي: “لا يستخدم نظامنا أيًا من الغازات الخطرة أو الألياف الدقيقة اللازمة لتقنية تصنيع السيليكون التي تعتمد عليها الخلايا الكهروضوئية، علاوة على ذلك، فإن التخلص من رقائق الكمبيوتر المصنوعة من السيليكون ليس بالأمر السهل، فنحن نستخدم بوليمرات متوافقة حيويًا، وبالتالي فإن النظام بأكمله سهل الاستخدام”.

الحاجة إلى التحول من الوقود الأحفوري إلى إنتاج طاقة أكثر استدامة أمر بالغ الأهمية، ولهذا السبب يبحث فريق من الباحثين في كونكورديا عن مصدر طاقة محتمل لا ينتج عنه أي انبعاثات كربونية فحسب، بل يزيل الكربون أثناء عمله، الطحالب.

نشر الباحثون في مختبر Optical-Bio Microsystems Lab مؤخرًا بحثًا جديدًا حول هذا الموضوع في مجلة Energies ويصفون فيه طريقتهم في استخلاص الطاقة من عملية التمثيل الضوئي للطحالب المعلقة في محلول متخصص والموجودة في خلايا طاقة صغيرة.

إذا تم تكوينها بشكل صحيح، يمكن لهذه الخلايا توليد طاقة كافية لتشغيل الأجهزة ذات الطاقة المنخفضة والمنخفضة للغاية مثل أجهزة استشعار إنترنت الأشياء (IoT).

يقول كيرانكومار كوروفيناشتي، زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة ميتاكس: “إن فكرة خلية طاقة التمثيل الضوئي الدقيقة هي استخراج الإلكترونات المنتجة من خلال عملية التمثيل الضوئي”.

وأضاف “تنتج عملية التمثيل الضوئي الأكسجين والإلكترونات، نموذجنا يحبس الإلكترونات، مما يسمح لنا بتوليد الكهرباء، لذا، فهي أكثر من كونها تقنية خالية من الانبعاثات، فهي تقنية انبعاث كربون سلبي: فهي تمتص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وتمنحك تيارًا، نتاجها الثانوي الوحيد هو الماء.”

توليد الطاقة ليلا ونهارا

تتكون خلية طاقة التمثيل الضوئي الدقيقة من أنود، وحجرة كاثود مفصولة بغشاء تبادل البروتونات على شكل قرص العسل.

قام الباحثون بتصنيع أقطاب كهربائية دقيقة على جانبي الغشاء لجمع الشحنات الصادرة عن الطحالب أثناء عملية التمثيل الضوئي، تبلغ أبعاد كل غرفة سنتيمترين في سنتيمترين في أربعة ملليمترات فقط.

يتم تعليق الطحالب في محلول سعة 2 ملليلتر في غرفة الأنود بينما يتم ملء الكاثود بمادة فيري سيانيد البوتاسيوم، وهو نوع من متقبل الإلكترون، بمجرد أن تخضع الطحالب لعملية التمثيل الضوئي وتبدأ في إطلاق الإلكترونات، سيتم جمع الإلكترونات من خلال أقطاب الغشاء الكهربائية وتوصيلها، مما يؤدي إلى إنشاء تيار.

وفي الوقت نفسه، سوف تمر البروتونات عبر الغشاء إلى الكاثود وتسبب الأكسدة، مما يؤدي إلى تقليل فيروسيانيد البوتاسيوم.

تعمل العملية أيضًا بدون ضوء الشمس المباشر، ولكن بكثافة أقل، كما يوضح دكتوراه.

المرشح والمؤلف المشارك للورقة ديليبان بانيرسيلفام.

يقول بانيرسيلفام: “تمامًا مثل البشر، تتنفس الطحالب باستمرار، ولكنها تمتص ثاني أكسيد الكربون وتطلق الأكسجين. وبسبب آلية التمثيل الضوئي الخاصة بها، فإنها تطلق أيضًا إلكترونات أثناء التنفس، ولا يتوقف توليد الكهرباء، ويتم حصاد الإلكترونات بشكل مستمر”.

يعترف موثوكوماران باكريسامي، الأستاذ في قسم الهندسة الميكانيكية والصناعية وهندسة الفضاء الجوي والمؤلف المقابل للورقة البحثية، بأن النظام ليس قادرًا بعد على التنافس في توليد الطاقة مع الخلايا الأخرى مثل الخلايا الكهروضوئية، الحد الأقصى للجهد الطرفي الممكن لخلية طاقة التمثيل الضوئي الصغيرة الواحدة هو 1.0 فولت فقط.

لكنه يعتقد أنه مع وجود ما يكفي من البحث والتطوير، بما في ذلك تقنيات التكامل بمساعدة الذكاء الاصطناعي، فإن هذه التكنولوجيا لديها القدرة على أن تصبح مصدرا للطاقة نظيفة وبأسعار معقولة وقابلة للحياة في المستقبل.

ويقول، إنه يوفر أيضًا مزايا تصنيعية كبيرة مقارنة بالأنظمة الأخرى، ويضيف باكيريسامي: “لا يستخدم نظامنا أيًا من الغازات الخطرة أو الألياف الدقيقة اللازمة لتقنية تصنيع السيليكون التي تعتمد عليها الخلايا الكهروضوئية، علاوة على ذلك، فإن التخلص من رقائق الكمبيوتر المصنوعة من السيليكون ليس بالأمر السهل، فنحن نستخدم بوليمرات متوافقة حيويًا، وبالتالي فإن النظام بأكمله سهل الاستخدام، قابلة للتحلل ورخيصة جدًا في التصنيع.”