خلية وقود تستخلص الطاقة من بكتيريا التربة

نجح باحثون من جامعة نورث وسترن (Northwestern University) الأمريكية في ابتكار تقنية ثورية غير تقليدية لتوليد الكهرباء مباشرة من التربة بشكل دائم ، حيث يعتمد هذا الجهاز ــ الذى لا يتجاوز حجمه كتابا صغيرا ــ على استغلال نشاط البكتيريا الطبيعية في الأرض لإنتاج تيار كهربائي مستمر دون الحاجة إلى بطاريات أو ألواح شمسية ، ما يوفّر مصدر طاقة منخفض التكلفة وقليل الصيانة.

وقال د. بيل ين  الأستاذ بالجامعة والباحث الرئيس في الدراسة: إن هذه الخلية واصلت العمل بكفاءة في ظروف قاسية، خلال فترات الجفاف والفيضانات، منتجة طاقة تفوق احتياجاتها بنحو 68 مرة، ما يعزز موثوقيتها عمليا.

تعتمد الفكرة على ما يُعرف بخلايا الوقود الميكروبية (MFC) ، وهي تقنية علمية تعود جذورها إلى عام 1911، لكنها لم تُستغل عمليا على نطاق واسع إلا مؤخرا، حيث  تقوم هذه الخلايا على مبدأ بسيط: عندما تقوم البكتيريا الموجودة طبيعيا في التربة بتحليل المواد العضوية، فإنها تُطلق إلكترونات كجزء من عملية الأيض ، يتم التقاط هذه الإلكترونات عبر أقطاب خاصة، لتتحول حركتها إلى تيار كهربائي مستمر ، وبفضل هذا التفاعل الحيوي الطبيعي، يمكن توليد طاقة منخفضة ولكن مستقرة، ما يجعلها مثالية لتشغيل أجهزة صغيرة لفترات طويلة دون الحاجة إلى مصادر طاقة تقليدية.

لكن التحدي الأكبر كان دائما في استقرار الأداء، إذ تحتاج البكتيريا إلى توازن دقيق بين الرطوبة والأكسجين لتبقى نشطة ، وأي خلل في هذا التوازن قد يؤدي إلى تراجع إنتاج الكهرباء ، وهنا جاء الابتكار الجديد، عبر تصميم ذكي يضع القطبين بشكل عمودي ومتعامد، ما يسمح بتوفير الأكسجين من الأعلى والحفاظ على الرطوبة في الأسفل، وبالتالي ضمان استمرار عمل الخلية بكفاءة حتى في الظروف البيئية المتقلبة.

يُدفن القطب السفلي في التربة الرطبة حيث تنشط البكتيريا وتُنتج الإلكترونات، بينما يبقى الجزء العلوي قريبًا من السطح لالتقاط الأكسجين الضروري لإكمال التفاعل ، ويُغطى النظام بغطاء مصمم بعناية يسمح بالتهوية ويمنع دخول الشوائب التي قد تعيق الأداء ، كما أُضيفت طبقة عازلة للماء لحماية المكونات أثناء الفيضانات، ما يمنح الخلية قدرة عالية على التكيف والاستمرار في مختلف الظروف البيئية.

هذه الخلايا ليست مخصصة لتشغيل مدن أو أجهزة كبيرة، لكنها مثالية لتغذية أجهزة الاستشعار منخفضة الطاقة، مثل تلك المستخدمة في الزراعة الذكية لمراقبة رطوبة التربة أو متابعة حالة المحاصيل أو تتبع حركة الحيوانات في الحقول ، كما يمكنها نقل البيانات لاسلكيًا باستخدام تقنيات بسيطة وموفرة للطاقة، ما يجعلها خيارا عمليا للأنظمة البيئية البعيدة .

ورغم بساطة مكوناتها، التي يمكن الحصول عليها من متاجر عادية، إلا أن تأثير هذه التقنية المحتمل كبير وواعد. ويعمل الباحثون حاليا على تطوير نسخة متقدمة قابلة للتحلل بالكامل داخل التربة بعد انتهاء عمرها التشغيلي، ما يجعلها خيارًا صديقًا للبيئة بحق. وبهذا الشكل، تجمع التقنية بين الاستدامة والكفاءة، من مرحلة التشغيل وحتى نهاية الاستخدام دون ترك أي أثر ضار.