تقنيتان جديدتان لتوليد الكهرباء من مياه البحر باستخدام النانوبورات والتبخر

كشفت دراستان مخبريّتان نُشرتا عام 2026 عن تقنيتين واعدتين لاستغلال فرق الملوحة بين مياه الأنهار ومياه البحر، وعملية التبخر الطبيعي، لتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام هياكل نانوية.

غشاء بنانوبورات مغطى بطبقة دهنية

طوّر فريق بحثي في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان (EPFL) بقيادة يونفي تينغ غشاءً نموذجيًا يحتوي على آلاف النانوبورات المصنوعة من أكسيد الهافنيوم وأكسيد السيليكون، ومغطاة بطبقة ثنائية من الدهون (ليبيد) تشبه أغشية الخلايا الحية. تعمل الطبقة المائية الرقيقة على سطح الدهون كفيلم مزلق يسهل مرور الأيونات عبر المسام دون فقدان الانتقائية الأيونية، بينما تسهم شحنة الطبقة الدهنية في فصل الشحنات الكهربائية.

حقق الغشاء، الذي تبلغ مساحته نحو 314 ميكرومترًا مربعًا ويحتوي على 1000 مسام، كثافة قدرة بلغت 14.9 واط لكل متر مربع عند محاكاة فرق الملوحة بين مياه النهر والبحر. وتتفوق هذه القيمة بنحو مرتين إلى ثلاث مرات على الأغشية البوليمرية الحالية. وأشار تينغ إلى أن التحديات المقبلة تتمثل في الانتقال من الرقائق المخبرية إلى أغشية واسعة ذات كثافة مسام عالية، وأحجام مسام مضبوطة بدقة، وطلاء موثوق، وكل ذلك بتكلفة مقبولة، مع ضمان استقرار الطبقة الدهنية على المدى الطويل ومنع انسداد المسام في المياه الطبيعية.

جهاز نانوي يستغل التبخر والضوء والحرارة

النهج الثاني، الذي قاده فريق جوليا تاليابو في المعهد نفسه، يعتمد على التأثير الهيدرو فولتيائي؛ حيث يسحب الماء المتبخر السائل عبر قنوات نانوية مع إزاحة للشحنات الكهربائية. يفصل الجهاز الجديد ثلاث وظائف مكانيًا: سطح تبخر علوي، وطبقة سائلة ناقلة للأيونات، وهيكل سيليكون سفلي لالتقاط الشحنات. يحفز الضوء الإلكترونات في شبه الموصل، بينما تؤثر الحرارة على الشحنات السطحية وحركة الأيونات، مما يعزز فصل الشحنات مباشرةً وليس عبر تسريع التبخر فحسب.

بلغت جهد الدائرة المفتوحة للجهاز النموذجي فولتًا واحدًا، وكثافة القدرة 0.25 واط لكل متر مربع، مع إمكانية زيادتها خمسة أضعاف بإضافة حرارة وإضاءة في ظروف مخبرية محسّنة. استخدمت التجارب محاليل كلوريد البوتاسيوم المعرفة، ولا يزال يتعين إثبات موثوقية النظام في ظروف ساحلية متغيرة. وتهدف طبقة أكسيد على النانوهياكل السيليكونية إلى الحد من التفاعلات الكيميائية غير المرغوبة وتحسين المتانة.

تطبيقات واعدة للأجهزة الصغيرة وتحلية المياه

يمكن للتبخر أن يستمر ليلًا في غياب ضوء الشمس، مما يجعل هذه المكونات مرشحة لتغذية مستشعرات القياس الصغيرة منخفضة الصيانة. وللانتقال إلى التطبيقات الميدانية، لا بد من دراسة الأداء والاستقرار طويل الأمد ومتطلبات الصيانة في بيئات واقعية. كما تفتح التقنية أفقًا لدمج توليد الكهرباء مع تحلية مياه البحر، حيث يمكن تكثيف بخار الماء الناتج للحصول على مياه عذبة، وإن كان ذلك لا يزال منظورًا تقنيًا ولم يتحول بعد إلى جهاز مركب مجرب.