ابتكار الخشب الذكي: نظام متكامل لتوليد وتخزين الطاقة في مادة واحدة

طور باحثون مادة مبتكرة تعتمد على خشب "البلسا" المعالج، تعمل كنظام متكامل يجمع بين امتصاص ضوء الشمس، وتخزين الطاقة الحرارية، محققا توليد الكهرباء حتى بعد اختفاء الضوء بكفاءة تحويل طاقة تزيد عن 91%، حيث يعتمد هذا الابتكار على تعديل البنية الداخلية للخشب على المستوى النانوي، بدلا من استخدام مكونات منفصلة.

يتميز هذا الابتكار بإزالة مادة اللجنين من الخشب لاستغلال قنواته الدقيقة، وتغطيته بالفوسفورين الأسود لتعزيز امتصاص الطاقة وحمايته كيميائيا، مما يجعله مستداما ومقاوما للماء.

استخدم الباحثون خشب البلسا، ليس لقوته، بل بسبب بنيته الداخلية التي تتكون من قنوات دقيقة تشبه الأنابيب، ما يجعله مناسبا لنقل الحرارة وتخزين المواد، حيث قام الفريق بإزالة مادة اللجنين من الخشب، مما أدى إلى زيادة المسامية إلى أكثر من 93%، وكشف شبكة داخلية كثيفة قابلة للتفاعل، وبذلك تحول الخشب إلى بنية تشبه الإسفنج عالي الكفاءة مع الحفاظ على اتجاه القنوات الطبيعية.

وقد قام الباحثون بتغطية القنوات بطبقات رقيقة من مادة الفوسفورين الأسود، وهي مادة قادرة على امتصاص الضوء عبر نطاق واسع وتحويله إلى حرارة، ولكن نظرا لحساسية هذه المادة للهواء تم حمايتها باستخدام طبقة كيميائية خاصة تعمل كدرع يمنع الأكسدة ويعزز امتصاص الضوء، وأضاف الفريق جسيمات فضة نانوية لتحسين التفاعل مع الضوء، ما ساهم في زيادة كفاءة الامتصاص.

وقد تم ملء القنوات بمادة حيوية تُعرف بحمض الستيريك، وهي مادة قادرة على تخزين الحرارة عند الذوبان، وإطلاقها عند التبريد، وعند تعريض هذه المادة للشمس تمتص الضوء وتتحول الحرارة إلى طاقة مخزنة، وعند اختفاء الضوء، تطلق الحرارة تدريجيا، ويستمر توليد الكهرباء عبر مولد حراري كهربائي، وبذلك يمكن للنظام إنتاج الكهرباء حتى في الظلام.

وأظهرت النتائج أن كفاءة التحويل تصل إلى أكثر من 91% من ضوء الشمس إلى حرارة، والتخزين الحراري يبلغ نحو 175 كيلوجول لكل كيلوجرام، والتوصيل الحراري أعلى بنحو 3.9 مرات على طول ألياف الخشب، وإنتاج جهد كهربائي يصل إلى 0.65 فولت.

حافظت المادة على أدائها بعد أكثر من 100 دورة تسخين وتبريد، وظلت مستقرة حتى بعد 150 يوما من التعرض للشمس.

يمثل هذا الابتكار خطوة مهمة نحو تطوير حلول طاقة شمسية أكثر كفاءة واستدامة، خاصة في ظل الحاجة إلى مصادر طاقة تعمل باستمرار دون انقطاع.

وقد يفتح المجال أمام استخدام مواد طبيعية مثل الخشب في تقنيات متقدمة لتوليد الطاقة، مع تقليل التكلفة والأثر البيئي.