إنتاج الكهرباء من طاقة الصوت

فريق بحثي مصري ينجح في تصنيع محرك لإنتاج الكهرباء من طاقة الصوت شركات عربية تتنافس للحصول على حق تسويقه

تحويل الحرارة إلى صوت، كان الكشف الأول له في القرن التاسع عشر من قِبل صانعي الزجاج؛ الذين وجدوا إمكانية إنتاج الصوت بتوصيل نهاية الأنبوب الزجاجي بمصدر الحرارة. أعاد فريق مكون من 13 باحثا إحياء هذه الظاهرة منذ أسابيع قليلة، بإنتاج محرك حراري يعمل بظاهرة الصوت لإنتاج الكهرباء داخل أروقة معامل مركز يوسف جميل لأبحاث العلوم في الجامعة الأمريكية بالقاهرة.
«الحاجة أم الاختراع»، كان هذا الهدف الرئيس من إنتاج الفريق البحثي بقيادة الدكتور إيهاب عبد الرحمن، مدير مركز يوسف جميل لأبحاث العلوم، في ظل تفاقم أزمة توفير الطاقة الكهربائية التي تعاني منها مصر في الآونة الأخيرة، بعد عجز مؤسسات الدولة عن الوفاء باحتياجات قطاع الكهرباء من الوقود اللازم لتشغيل المحطات.
وبالنظر إلى الطاقات غير المتجددة، نجدها تطلق صافرة إنذار بنضوبها خلال أعوام قليلة مقبلة؛ ما جعل الأبحاث العلمية تتجه إلى الطاقات المتجددة كمحور رئيس لأبحاثها، لتخطي أزمة نضوب الوقود الأحفوري المتوقعة على الصعيد العالمي.
يعمل محرك الصوت الحراري بشكل رئيس على تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة صوتية لإنتاج الكهرباء؛ وذلك من خلال نوعين من المحركات الصوتية الحرراية: أولهما محرك حراري أو أساسي يحول الحرارة إلى طاقة صوتية، والآخر مضخة حرارة أو تبريد تساعد الصوت على رفع درجة الحرارة.
يحقق الجهاز المعادلة الأصعب داخل عالم الطاقات المتجددة، كما ذكر الدكتور مدير مركز يوسف لأبحاث العلوم، بإنتاج محركات بأجزاء غير متحركة تتطلب صيانة أقل وعمرا افتراضيا أطول، وبتكلفة منخفضة. فمن خلال الرمل لصناعة المركزات الشمسية والحديد، يمكن تصميم المحرك، كما أضاف الدكتور إيهاب، في أقل من نصف ساعة بتكلفة تصل إلى أقل من دولار.
تصل كفاءة المحرك الحراري إلى 35 في المائة، بحسب رئيس الفريق البحثي، بعد إجراء التجارب على نماذج أولية تعمل بأقصى قدر من الكفاءة الحرارية تسمى «كفاءة دورة كارنو» (أحد مقاييس الكفاءة الحرارية في المحرك الحراري)، بإنتاج 120 وات. و يعمد الفريق البحثي على إنتاج نماذج أولية لها القدرة على إنتاج ما يقرب من 5 كيلو وات لتشغيل الكهرباء بالكامل في منزل.
كلل المحرك الحراري مشوارًا بحثيًّا امتد لأكثر من سبع سنوات، بتكلفة إجمالية تحملتها الجامعة الأمريكية وصلت إلى 3 ملايين دولار. ويشهد المحرك العديد من المفاوضات من شركات استثمارية عربية تسعى للحصول على حق إنتاجه وتوزيعه بالتفاوض مع الجامعة. ولحين الاتفاق على مستثمر يحول المحرك إلى منتج تسويقي، يعمل الفريق البحثي حتى نهاية يونيو المقبل على استكمال أبحاثه لتطوير المحرك.
«لم تستقر أبحاثنا على الخليط الغازي الأفضل لتحسين أداء المحرك في حال زيادة قدرة إنتاجه للكهرباء»، قال مايكل رزق، ماجستير هندسة ميكانيكية في الجامعة الأمريكية وعضو الفريق البحثي، في إشارة لدوره في تصوير المحرك من الداخل للتعرف على كيفية تفاعل الغازات أو الهواء بداخله، وتأثير هذه التفاعلات على كفاءة المحرك.
باستخدام الليزر، يمكن لمايكل تصوير الهواء أو الغازات الموجودة بداخل المحرك، والتعرف على مستوى جزيئات الهواء والعوامل المؤثرة على الغاز أو الهواء داخل المحرك وربطها بقياسات أخرى لتقييم الكفاءة. ولعمل هذه القياسات، استعان الفريق بجهاز «PIV» لتصوير الجزيئات بالليزر، تحملت الجامعة تكلفة شرائه من الخارج، وتقدر ب 200 ألف يورو، وهو الجهاز الثاني من نوعه في مصر.
«تركت وظيفة مستقرة من أجل انضمامي للفريق البحثي»، قال مؤمن عبده، أصغر عضو في الفريق البحثي لتكنولوجيا الصوت الحراري، الذي درس ميكانيكا القوى الكهربائية في جامعة القاهرة، وقرر الانضمام إلى الفريق في نوفمبر الماضي بعد ترشيحات له ليعمل في اختبارات وحدة التبريد باستخدام الصوت.
يذكر مؤمن، 25 سنة، أكثر التحديات التي واجهت الفريق خلال عمله في مبرد وحدة التبريد الذي توقف عن العمل فجأة دون سابق إنذار، وبعد عمليات بحث تفصيلية اكتشف الفريق البحثي أن سماعة الصوت تعمل ظاهريًّا مع وجود مشكلات فنية عديدة بداخلها. فبدأ الفريق البحثي على مدار شهرين في تفكيك السماعة وإصلاحها داخليًّا؛ ما أدى لتعطيل العمل داخل المشروع طيلة هذه الفترة.
تمنى مؤمن أن تقود مصر العالم في مجال الطاقات المتجددة خلال عشر سنوات من الآن، بعد الاستفادة من الأبحاث العلمية والأفكار المتعددة لاستغلال الطاقات المتجددة (الشمس – الرياح)؛ لإنتاج الكهرباء بتكلفة أقل وبتقنية أكثر استدامة. ولن يعي العالم قيمة هذه الريادة إلا بعد أن ينضب البترول، كما هو متوقع، في غضون سنوات قليلة مقبلة.