علماء صينيون يطورون مركبا ذكيا من الإسمنت يحول الحرارة إلى الكهرباء
وناقش العلماء والمهندسون في مؤتمر 'SynBioBeta 2025' كيف يمكن للمواد الجديدة أن تُسهم في تقليل الانبعاثات الناتجة عن إنتاج الخرسانة، بصفتها إحدى أكثر الصناعات تلويثا للبيئة. وقد طرحوا خلال المؤتمر نوعا مبتكرا من الإسمنت قادرا على تحويل الحرارة إلى طاقة كهربائية، مما يُمهد الطريق لإنشاء مباني قادرة على تزويد نفسها بالطاقة. ويمكن لهذه المادة أن تُحدث ثورة في مجال البناء، وتُسهم في جعل المدن أكثر نظافة.
أوضح الباحثون أن 'الاختلاف في معدل انتشار الأيونات الموجبة والسالبة في المحلول المسامي للإسمنت يمنحه خصائصَ كهروحرارية. ويقيس معامل 'زيبك' عدد الفولتات الناتجة عند تسخين المادة بدرجة واحدة. وإذا كان أحد جانبي الجدار أكثرَ دفئا من الآخر، فإن هذا الإسمنت يولّد تيارا كهربائيا مثل بطارية صغيرة. وبالإضافة إلى ذلك، تتميز هذه المادة بأنها لا تنتج الكهرباء فحسب، بل وتخزن الحرار أيضا دون إهدار لها.'
يوصل الإسمنت العادي التيار قليلا بفضل الأيونات (جسيمات مشحونة)، لكنها تتحرك ببطء بسبب بنيته الكثيفة. وأضاف العلماء إليه طبقات من الهيدروجيل، وهي مادة ناعمة تشبه الجيلاتين تُصنع من بولي فينيل الكحول (PVA)، حيث تعمل هذه الطبقات كطرق سريعة لأيونات الهيدروكسيد (OH⁻) الحاملة للشحنة. بينما تعلق أيونات الكالسيوم (Ca²⁺) على حدود الإسمنت والهيدروجيل، مما يخلق فرقا في الحركة يعزز التيار الكهربائي، كما لو كان أحد الفريقين في قارب يجدف أسرع من الآخر.
ولا ينتج هذا المركب الطاقة فحسب، بل ويخزنها مثل بطارية مدمجة مباشرة في الجدار.
وتسمح هذه المادة -حسب العلماء- بتطوير رصيف يُضيء المصابيح، أو جسر يزود أجهزة استشعار تراقب التشققات بالطاقة، دون الحاجة إلى أسلاك أو بطاريات كهربائية. وتستفيد المادة من فرق درجات الحرارة بين الجدار المشمس والقبو البارد مثلا لتوليد تيار كهربائي.
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
سويفت نيوز
١٧-٠٦-٢٠٢٥
- سويفت نيوز
ثورة في عالم الطيران .. بطارية صينية خارقة تهدد عصر الطائرات النفاثة
بكين – سويفت نيوز: كشفت شركة صينية عن ابتكار ثوري في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم المعدنية، يُتوقع أن تحدث تحولاً جذرياً في قطاعي السيارات الكهربائية والطائرات. أعلنت شركة 'CATL' الصينية عن تطوير بطارية جديدة تتمتع بكثافة طاقة غير مسبوقة وعمر تشغيلي طويل، ما يجعلها مرشحة بقوة لتكون قلب الثورة القادمة في عالم النقل الكهربائي، وخصوصاً الطيران، بحسب ما ذكره موقع 'sustainability-times'. يعتمد الابتكار الجديد على تقنيات متقدمة لرسم خرائط كمية دقيقة داخل البطارية، ما مكّن الباحثين من تحسين استراتيجيات الإلكتروليت، وتحقيق توازن مثالي بين كثافة الطاقة وطول دورة حياة البطارية. هذا الإنجاز يضع حداً لتحد طالما أعاق تطور البطاريات: كيف نحصل على بطارية قوية تدوم طويلاً دون التضحية بالأداء؟ تُعد البطاريات المعدنية من الليثيوم الجيل القادم من أنظمة تخزين الطاقة، بفضل قدرتها العالية على تخزين الطاقة. لكن التحدي كان دائماً في قصر عمرها التشغيلي. الآن، ومع هذا التطور، بات بالإمكان استخدامها في تطبيقات تتطلب طاقة عالية مثل السيارات الكهربائية بعيدة المدى والطائرات الكهربائية. وقد نجح فريق 'CATL' في تجاوز العقبات التقليدية عبر تحليل دقيق لأسباب فشل البطاريات، ليكتشف أن السبب الرئيسي لا يكمن في تحلل المذيب أو تراكم الليثيوم الميت، بل في الاستهلاك المستمر لملح الإلكتروليت 'LiFSI'. تطوير نموذج أولي لبطارية تدوم حتى 483 دورة شحن، كان أحد أبرز نتائج هذا البحث، ما يعادل ضعف ما كانت عليه سابقاً، دون التأثير على كفاءتها. وتم تحقيق ذلك من خلال تعديل تركيبة الإلكتروليت بإضافة مادة مخففة منخفضة الوزن الجزيئي، ما حسّن من توصيل الأيونات وخفّض اللزوجة، دون زيادة الكتلة الكلية. نُشر البحث في مجلة 'Nature Nanotechnology'، وأكد أن استهلاك ملح 'LiFSI' هو العامل الحاسم في عمر البطارية. وأوضح 'أويانغ تشويينغ'، الرئيس المشارك للبحث والتطوير في 'CATL'، أن هذا الاكتشاف يفتح الباب أمام بطاريات طويلة العمر، وهو ما تحتاجه الصناعات الحديثة بشدة. مع إمكانية دمج هذه البطاريات في تصميمات تتجاوز كثافة طاقة 500 واط/كغ، فإننا أمام تحول قد يغير قواعد اللعبة في عالم الطيران. ويبقى السؤال هل نشهد قريباً طائرات كهربائية تحلّق لمسافات طويلة دون قطرة وقود؟ وهل تكون هذه البطارية الصينية بداية النهاية لعصر الطائرات النفاثة؟ مقالات ذات صلة
المناطق السعودية
١٨-٠٤-٢٠٢٥
- المناطق السعودية
علماء صينيون يطورون مركبا ذكيا من الإسمنت يحول الحرارة إلى الكهرباء
ووصل معامل 'زيبك' (مقياس قدرة المادة على تحويل الحرارة إلى كهرباء) فيها إلى -40.5 ملليفولت/كلفن، وهو ما يفوق المواد الإسمنتية الأخرى بعشر مرات. كما بلغ مؤشر الجودة (ZT) 6.6×10⁻²، أي أعلى بست مرات من الأرقام القياسية السابقة. وناقش العلماء والمهندسون في مؤتمر 'SynBioBeta 2025' كيف يمكن للمواد الجديدة أن تُسهم في تقليل الانبعاثات الناتجة عن إنتاج الخرسانة، بصفتها إحدى أكثر الصناعات تلويثا للبيئة. وقد طرحوا خلال المؤتمر نوعا مبتكرا من الإسمنت قادرا على تحويل الحرارة إلى طاقة كهربائية، مما يُمهد الطريق لإنشاء مباني قادرة على تزويد نفسها بالطاقة. ويمكن لهذه المادة أن تُحدث ثورة في مجال البناء، وتُسهم في جعل المدن أكثر نظافة. أوضح الباحثون أن 'الاختلاف في معدل انتشار الأيونات الموجبة والسالبة في المحلول المسامي للإسمنت يمنحه خصائصَ كهروحرارية. ويقيس معامل 'زيبك' عدد الفولتات الناتجة عند تسخين المادة بدرجة واحدة. وإذا كان أحد جانبي الجدار أكثرَ دفئا من الآخر، فإن هذا الإسمنت يولّد تيارا كهربائيا مثل بطارية صغيرة. وبالإضافة إلى ذلك، تتميز هذه المادة بأنها لا تنتج الكهرباء فحسب، بل وتخزن الحرار أيضا دون إهدار لها.' يوصل الإسمنت العادي التيار قليلا بفضل الأيونات (جسيمات مشحونة)، لكنها تتحرك ببطء بسبب بنيته الكثيفة. وأضاف العلماء إليه طبقات من الهيدروجيل، وهي مادة ناعمة تشبه الجيلاتين تُصنع من بولي فينيل الكحول (PVA)، حيث تعمل هذه الطبقات كطرق سريعة لأيونات الهيدروكسيد (OH⁻) الحاملة للشحنة. بينما تعلق أيونات الكالسيوم (Ca²⁺) على حدود الإسمنت والهيدروجيل، مما يخلق فرقا في الحركة يعزز التيار الكهربائي، كما لو كان أحد الفريقين في قارب يجدف أسرع من الآخر. ولا ينتج هذا المركب الطاقة فحسب، بل ويخزنها مثل بطارية مدمجة مباشرة في الجدار. وتسمح هذه المادة -حسب العلماء- بتطوير رصيف يُضيء المصابيح، أو جسر يزود أجهزة استشعار تراقب التشققات بالطاقة، دون الحاجة إلى أسلاك أو بطاريات كهربائية. وتستفيد المادة من فرق درجات الحرارة بين الجدار المشمس والقبو البارد مثلا لتوليد تيار كهربائي.
مجلة سيدتي
١٧-٠٣-٢٠٢٥
- مجلة سيدتي
باحثو كاوست يقدمون حلولًا لمواجهة تحديات الزراعة بالسعودية
ابتكر باحثو جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية"كاوست" حلولاً مبتكرة بالتعاون مع المزارعين المحليين ووزارة البيئة والمياه والزراعة، لمواجهة تحديات الزراعة بالمملكة، حيث تواجه المملكة تحديًا كبيرًا يتمثل في نقص المياه العذبة لدعم الزراعة. ويواجه المزارعون معضلة في الممارسات الحالية لتحلية المياه المالحة المحلية كونها غير فعالة ومكلفة، فهي تزيل الأيونات جميعها بما في ذلك العناصر الغذائية القيمة التي تفتقر إليها التربة المحلية، مما يستلزم إعادة تمعدن المياه جزئيًا، ومن هذا المنطلق ابتكر الباحثون مشروع مركز التميّز الجديد للأمن الغذائي المستدام في كاوست، الذي يهدف إلى تعزيز الزراعة المستدامة في البيئات القاحلة. وتعتمد تقنية مشروع مركز التميز الجديد للأمن الغذائي المستدام على دمج الزراعة في تقنية البيئة الخاضعة للرقابة CEA مع تحلية موارد المياه غير التقليدية. تحلية المياه لمواجهة تحديات الزراعة في السعودية اتبع الباحثون نهجًا انتقائيا للزراعة يستهدف بدوره إزالة ما لا يمكن لكل نوع من المحاصيل تحمله، ويقلل هذا النهج من الخطوات، ويخفض استخدام الطاقة، ويقلل التكاليف. وعلق البروفيسور نور الدين غفور، أستاذ هندسة وعلوم البيئية في كاوست الباحث الرئيسي: "لماذا لا نخصص تقنية التحلية عن طريق إزالة فقط ما نريد إزالته بدقة؟ سيكون ذلك أرخص من الممارسات السابقة لأننا سنقوم بذلك باستخدام طاقة أقل، مستهدفين محاصيل محددة، وفي حال نجاح هذا الابتكار، فإن المملكة ستصدّر هذه التقنيات ولن تستوردها". وتابع: "بعض المحاصيل تحتاج إلى المزيد من الأملاح أكثر من غيرها، وبعضها قد يحتاج إلى مزيد من العناصر الغذائية، وهناك محاصيل لا تتحمل عنصر البورون، لهذا السبب، هدفنا هو التخصيص، والحفاظ على التكلفة في أدنى مستوى ممكن". أهداف مشروع مركز التميز الجديد للأمن الغذائي المستدام ومن خلال مشروع مركز التميز الجديد للأمن الغذائي المستدام الذي عمل عليه طاقم كاوست على مدار عامين بداية من سبتمبر 2024، تم تقييم الحلول التقنية مثل الترشيح النانوي والتحليل الكهربائي والتناضح العكسي للمياه شديدة الملوحة، من أجل تحديد الأفضل، ويستخدم "التناضح الأمامي" لدفع العملية في المرحلة السائلة. ويستخدم المشروع أيضا تقنية المفاعل الحيوي الغشائي اللاهوائي مع التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية لمعالجة مياه الصرف الصحي، مما يعزز جودة المياه وتوافر المغذيات في البيئة الخاضعة للرقابة، وتدخل ضمن مكتسبات مشروع كاوست الآتي: تطوير بصمة شاملة للمياه الجوفية المختلفة في المملكة. اختيار تقنيات تحلية مخصصة لكل محصول. تحسين تكوينات المعالجة الأفضل أداءً لاختبارها مع محاصيل مختارة في مختبر علوم النبات في كاوست. خدمة الأهداف الوطنية المتعلقة بالزراعة المستدامة. إعادة استخدام مياه الصرف الصحي، وتقليل الاعتماد على المياه العذبة. دعم استراتيجية الأمن الغذائي في المملكة.
