الكهرباء النباتية... المصدر المتجدد للطاقة

في سنة 2006، استطاع المبتكر غردن وادل (Gordon Wadle) من ولاية إلينوي الأميركية الحصول على تيار كهربائي ضئيل من مسمار ألومنيوم غرزه في جذع شجرة، وبعدها تم توصيله إلى قطب نحاسي في الأرض. وقد سجل براءة فكرته بالتعاون مع شركة ماغكاب الهندسية (MagCap Engineering) وهي شركة صغيرة تعمل في مجال الإلكترونيات.
ومن هنا، اتصلت شركة ماغكاب بأحد الفيزيائيين من جامعة معهد ماساتشوستس للتقنية (MIT) يدعى أندريا مرسن (Andreas Mershin). وقد أبدى هذا الأخير شكوكاً في الفكرة، ولكنه كلف أحد طلابه، واسمه كريستوفر لوف، للقيام ببعض التجارب في هذا السياق. وجاءت التجارب إيجابية مما شجعهم وزاد من قناعتهم بالاكتشاف. وسريعاً عرف أندريا وكريستوفر سبب الظاهرة، حيث تم ربطها مباشرة باختلاف تركيز أيونات الهيدروجين ما بين التربة والشجرة وهو مصدر توليد هذا التيار المنخفض.

[إقرأ أيضاً: عدسات لاصقة... مكبرة]

وفي سنة 2009، قامت شركة فولتري باور (Voltree Power)، وهي شركة تأسست من طرف ماغكاب، بتركيب شبكة حراسة لحرائق الغابات مزودة بالطاقة من أشجار الغابة ذاتها. واتضح في ما بعد أن الأداء الطاقوي غير كاف لتغذية جميع أجهزة استشعار الحرائق، ما اضطرها إلى إضافة خلايا شمسية لدعم شبكة نظام أمان الغابات.
ومن جهة أخرى، تساءل برت هملار (Bert Hamelers) من جامعة فاغينينغين (Wageningen University) في هولندا، عن إمكانية استخدام البكتيريا الحية المتواجدة عند جذور الأشجار لإنتاج الكهرباء من خلايا الوقود ذات نوع مختلف.
إن خلايا الوقود الكلاسيكية تسمح بدمج الأوكسجين مع الهيدروجين لإنتاج الماء والكهرباء بمساعدة قطب من البلاتين. ومن هذا المنطلق، عمل برت هملار على بطارية بكتيرية تستخدم أنزيمات من الكائنات المجهرية الحية للوصول إلى النتيجة نفسها. وقد حقق المفهوم نتائج جيدة في أجهزة تعمل بموارد عضوية مثل العوالق والمياه المستعملة، غير أن هذه الأنظمة تحتاج على الدوام إلى إضافة الوقود.

[إقرأ أيضاً:انطلاق البحث عن جسيمات جديدة]

وأدرك الباحث الهولندي أن جذوع الأشجار يمكنها القيام بالدور الإيجابي في هذا الاتجاه. في الواقع، إن أكثر من نصف الكربوهيدرات والمواد العضوية الأخرى المنتجة من الأشجار تخرج عبر جذورها. فطيلة فترة حياة الشجرة، تنتج المواد الأولية المثالية اللازمة للبطارية البكتيرية.
في الحقيقة، لا تعتبر الأشجار ذات فاعلية كبيرة، حيث جذورها كبيرة وعميقة. وبعيداً عن الغابات، وخصوصاً في تربة المستنقعات أين لا يوجد أوكسجين، تنتج البكتيريا اللاهوائية ثاني أوكسيد الكربون مع إطلاق بروتونات وإلكترونات حرة. وتفطن بارت إلى إمكانية اصطياد الإلكترونات بتركيب أقطاب بالقرب من البكتيريا. (اطلع على الرسم).
وجاء دور دافيد ستريك (David Strik)، وهو متخصص في التقنية الحيوية البيئية من جامعة فاغينينغين، حيث تابع الأبحاث والتجارب على الأعشاب والقصب في الأراضي المالحة الرطبة.
وجاءت النتائج الأولية متواضعة، حيث لم يتولد سوى بعض الملي واط. ولكن بعد سنتين من البحث الدؤوب، جاءت التجهيزات المختبرية بنتائج أحسن من الأولى، حيث تم تحصيل ما يقارب 500 ملي واط في المتر مربع.

[إقرأ أيضاً:The Button: زر ذكي ]


ولكن هذه الخطوة الأولى في ابتكار البطارية البكتيرية وهي لم ترتق إلى منافسة الخلايا الشمسية أو توربينات الرياح ذات المردود الذي يقارب ما بين 4 إلى 7.7 واط في المتر مربع. ويذكر الباحث ويلي فرسترايت من جامعة بلجيكا أن الكثافة الكهربائية المطلوبة لجعل الأجهزة تنافسية هي ما بين 10 إلى 100 مرة أعلى.
ومع ذلك، لتسويق بطاريات الوقود، أسس دافيد ستريك ومرجولين هلدر شركة بلانت (plant-e)، وهي تابعة لمشروع باور بلانت (Power Plant) الممول من الاتحاد الأوروبي بميزانية قدرها 4 ملايين يورو. ويهدف المشروع إلى تنمية فاعلية البطاريات النباتية. ويعتقد مؤسسو بلانت أنه بإمكانهم الوصول إلى مردود 3.2 واط في المتر مربع وفق حسابات أبحاثهم.
ومن أجل الوصول إلى الهدف الطموح، يحتاج الأمر إلى عمل جبار. وفي الواقع، يستحسن إيجاد أصناف من النباتات تتمتع بمردود عال من المواد العضوية، مع تحديد مزيج من الكائنات الحية الدقيقة وكذلك ابتكار وتصميم أفضل طريقة لإنشاء الأقطاب الكهربائية.
ويستخدم فريق البحث الهولندي قطباً سالباً مصنوعاً من معلق حبيبات صغيرة من الجرافيت من خلالها تعبر جذور النباتات عند نموها. ومع ذلك، فإن هذا النظام لا يزال غير مكتمل وليس بالأفضل.
وقد اهتم بهذه التقنية البيولوجي كزيا وتناب (Kazuya Watanabe) من جامعة طوكيو. وقد اختبر هذه الطريقة في حقول زراعة الأرز المنتشرة بكثرة في المنطقة، لغرض استغلالها في إنتاج بطارية وقود كبيرة في طين الحقول لإضافة مصدر جديد للطاقة يستفيد منه سكان المنطقة.
وأخيراً، يبقى التحدي المتمثل في تبني هذه التقنية في توليد الكهرباء على نطاق واسع. فقد ينخفض المردود إلى النصف عند تطبيق النظام في الهواء الطلق مما هو عليه في المختبر، وهذا عند حدود 1.6 واط في المتر المربع. ومع أن هذا المردود يمثل خمس الطاقة الإجمالية الشمسية أو الهوائية، فإنها تبقى أحسن من زراعة الوقود الحيوي، كما أنها لا تحتاج إلى تقنية عالية ومعقدة.
وتبقى فائدة مهمة أخرى في تشبيك الحقول بهذه الطريقة، فوفقاً لويلي فرستريت، فإن التكنولوجيا المستخدمة تساهم بشكل كبير في مكافحة ظاهرة الاحتباس الحراري. وعند التقاط الإلكترونات الحرة من البكتيريا اللاهوائية فإن البطارية النباتية تكبح انبعاث غاز الميثان الذي يعد من الغازات الخطيرة المسببة لظاهرة الاحتباس الحراري أكثر من غاز ثاني أوكسيد الكربون.