علماء يطورون خلية وقود تعمل بالتربة قد تستبدل البطاريات

تمكن العلماء من تطوير خلية وقود مبتكرة تعتمد على الميكروبات الموجودة في التربة لإنتاج الكهرباء، مما يفتح الباب أمام مصدر طاقة مستدام لتشغيل أجهزة الاستشعار دون الحاجة إلى بطاريات أو ألواح شمسية.

تعتمد هذه التقنية على استغلال الطاقة الناتجة عن تحلل المواد العضوية بواسطة الكائنات الدقيقة في التربة، حيث يتم تحويل هذه الطاقة إلى تيار كهربائي يمكن استخدامه في تشغيل أجهزة منخفضة الاستهلاك مثل حساسات الرطوبة أو أجهزة استشعار الحركة.

صمم هذا النظام ليعمل تحت الأرض، ويستهدف بشكل أساسي تطبيقات الزراعة الدقيقة والمراقبة البيئية، حيث يمكنه تشغيل أجهزة ترصد مستويات الرطوبة أو حتى اكتشاف اللمس، مثل مرور الحيوانات في الحقول.

يتضمن هذا النظام أيضا هوائيا صغيرا يتيح إرسال البيانات لاسلكيا باستخدام إشارات موجودة مسبقا، مما يقلل من استهلاك الطاقة إلى الحد الأدنى.

وتكمن أهمية هذا الابتكار في كونه بديلا محتملا للبطاريات التقليدية التي تحتوي على مواد سامة وقابلة للاشتعال، وتعتمد على سلاسل إمداد معقدة، وتساهم في زيادة النفايات الإلكترونية.

كما أن النظام الجديد أثبت كفاءة عالية في ظروف مختلفة، حيث يعمل في التربة الجافة والمشبعة بالماء، ونجح في إنتاج طاقة مستقرة لفترة أطول بنسبة تصل إلى 120% مقارنة بالتقنيات المشابهة.

تعتمد هذه الخلايا، المعروفة باسم خلايا الوقود الميكروبية، على مبدأ مشابه للبطاريات من حيث وجود مكونات مثل القطب السالب والموجب والكهرل، لكنها تختلف في مصدر الطاقة، إذ تستخدم البكتيريا التي تطلق إلكترونات بشكل طبيعي أثناء نشاطها الحيوي. وعند انتقال هذه الإلكترونات داخل النظام يتم توليد تيار كهربائي يمكن الاستفادة منه.

يرى الباحثون أن هذه التقنية تمثل حلا واعدا لمشكلة تزويد الأجهزة الصغيرة بالطاقة، خاصة مع التوسع الكبير في إنترنت الأشياء، حيث يتوقع وجود مليارات أو حتى تريليونات الأجهزة المتصلة مستقبلا.

وفي ظل صعوبة الاعتماد على البطاريات أو الطاقة الشمسية في البيئات الطبيعية، يبرز هذا الحل كبديل عملي يعتمد على البيئة نفسها كمصدر للطاقة، طالما أن التربة تحتوي على مواد عضوية يمكن للميكروبات تحليلها.