تحويل الورق

تكنولوجيا جديدة تحول الورق إلى جهاز

ابتكر المهندسون بجامعة بوردو الأمريكية، طريقة لتحويل الورق إلى جهاز إلكتروني بمساعدة طابعة ثلاثية الأبعاد. هذه الطريقة تصلح لابتكار علب “ذكية” وأشياء أخرى كثيرة.

وتسأل مجلة Nano Energy، ماذا سيحصل إذا تمكنت علب الكرتون من استنساخ بصمة أصابع المستلم؟ أو أن عبوة الحليب تكون مزودة بجهاز يحدد مدى صلاحيته؟ بالتأكيد ستسهل هذه الابتكارات حياتنا كثيرا.

والآن ابتكر مهندسو جامعة بوردو طريقة يمكن بواسطتها تحويل أي ورقة إلى جزء من جهاز، بواسطة طابعة ثلاثية الأبعاد. تبدأ العملية برش مادة على الورقة تجعلها مقاومة للماء. بعد ذلك توضع عليها الشبكة الإلكترونية المصنوعة من دقائق النانو. وهذه الشبكة يمكن ربطها باي جهاز عبر تطبيق Bluetooth.

وهذا الجهاز لا يحتاج إلى مصدر للطاقة، لأنه يحصل على كل ما يحتاجه من الطاقة من ضغط المستخدم على “لوحة المفاتيح”، حيث خلالها تتولد إلى حد 300 ميكروواط لكل سنتمتر مربع.

وهذه الأجهزة الورقية لا تتأثر بالرطوبة والحرارة والغبار. علاوة على أنه يمكن طيها بسهولة كأي ورقة، وتبقى محافظة على جميع خصائصها العملية.

ويؤكد المبتكرون، على أن تقنية إنتاج الإلكترونيات الورقية غير مكلفة. لذلك يتوقعون أن تكون الأجهزة الجديدة رخيصة الثمن أقل من 0.25 دولار للقطعة.

وقد استعرض المهندسون ابتكارهم بطبعهم على ورقة عادية لوحة تحكم بجهاز موسيقى، يسمح بالتحكم بمستوى الصوت وإعادة التشغيل.

المصدر: وكالات

اقرأ المزيد
غاز الميثان

كيفية إنتاج غاز الميثان

يُرمز للميثان بالرمز الكيميائي CH4، ويتكوّن من أربع جزيئات من الهيدروجين وجزيء من الكربون، وهو مصدر مهم لتوليد الطاقة لأنه أحد المكونات الرئيسية للغاز الطبيعي،.

ويُستخدم لتشغيل المحرّكات والآلات، ويُستخدم أيضاً لأغراض التسخين مثل الطبخ، وله قُدرة عالية على تسخين الجو إذا تمّ تسريبه مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة بشكل كبير.
يتمّ استخراج الميثان من الرواسب الجيولوجية، ويُمكن الحصول عليه أيضاً من قاع المستنقعات والبحار والمحيطات، كما يتم الحصول عليه أيضاً من تحلّل المواد العضوية،.

ويُستخرج من الفحم الحجري،.

وفي حالته الخام يكون الميثان عديم الرائحة ولكن تتمّ إضافة الكبريت إليه عند تصنيعه لتسهيل الكشف عن تسرب الغاز، وقد تم استخدام هذا الغاز منذ القدم؛ ففي القرن الثالث عشر كان الصينيون يضعون صهاريج لتغطية المجاري، وتنشأ عنها مادة تعمل كمصدر لتوليد الطاقة.


كيفيّة إنتاج غاز الميثان
يتم إنتاج غاز الميثان كالتالي:
يتم إنتاج غاز الميثان على درجة حرارة ما بين 32-37 مئويّة.
يوجد مكان مُخصّص لردم النفايات تبدأ عملية إنتاج غاز الميثان.
يتم استخدام المخلفات النباتية والحيوانية، ويتم ضغطها آلياً بحيث لا يُسمح للأكسجين بالدخول إليها، وإذا تسرّب الغاز من مكان الردم فإنه يُسبب انحباساً حراريّاً، وقد ينفجر عند تعرضه للأكسجين.
تقوم البكتيريا الموجودة في هذه المخلفات بزيادة نشاطها بحيث تعمل على تعفُّن هذه المخلفات.
يتم تحريك وتقليب المخلفات بواسطة آلات معينة من فترة إلى أخرى.
يكون بعد فترة أربعين يوماً غاز الميثان قد تكوّن وتبدأ عمليّة تعبئته في أسطوانات خاصة.


هذه أبسط أشكال إنتاج غاز الميثان؛ فالفكرة الأساسية من إنتاجه هي أن توضع المواد التي تحتوي على غاز الميثان في جو لا هوائي مما يسمح للبكتيريا بتحليلها وتعفُّنها، وكذلك الحماية من خطر اختلاط الغاز بالأكسجين الذي يُسبّب اشتعاله، وهذا الغاز يُستخدم بشكل شائع في المنازل لإشعال البوتوجاز.


فوائد استخدام غاز الميثان
لاستخدام غاز الميثان فوائد عديدة منها:
يُعالج النفايات العضوية ويُخلص البيئة منها بشكلٍ آمن.
يُستخدم كمصدر لإنتاج الطاقة ومنها الطاقة الكهربائية.
على الرغم من مخاطر استنشاقه وسرعة اشتعاله إلا أنّه آمن من حيث أنه لا يُنتج الدخان الذي يُلوّث البيئة.
يُمكن استخدامه كبديل للبنزين لتشغيل السيارات.
ينتج عن الميثان عند تعرّضه للشمس مادة الكلوروفورم.
يتميز بأنّه اقتصادي وتكلفته معقولة.
يتم تحضير مادة النيتروميثان منه، وهذه المادة تُستخدم في الأدوية الطبية.
يُستخدم في المبيدات الحشرية.
يعتبر غاز الميثان من مصادر الطاقة المتجدّدة والتي يصعب نفاذها بسهولة؛ حيث إنّ هناك ملايين الأطنان منه لا زالت في قيعان المحيط ممّا يعطي العالم كميّةً احتياطيّة للغاز للسنوات القادمة.

اقرأ المزيد
نفايات البلاستيك

استخدام نفايات البلاستيك في تخزين الطاقة

ماذا لو تمكنت من حل مشكلتين من أكبر المشاكل التي تواجه البشرية اليوم بابتكار واحد؟ هذا ما فعله باحثون من جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد بعد أن طوروا طريقة مبتكرة لإعادة تدوير النفايات البلاستيكية -مثل قناني الماء والصودا- وتحويلها إلى مادة نانوية مفيدة لتخزين الطاقة.

ونشر الباحثون دراسة علمية حول هذا الموضوع في دورية “إنيرجي ستورج” (Energy Storage) العلمية، عرضت نتائجها في بيان نشر على موقع جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد (University of California, Riverside).

المعضلتان
تعد مشكلة التلوث الناتجة عن المواد البلاستيكية التي تسمى “بولي إيثيلين تريفثاليت” (Polyethylene terephthalate) -وتختصر بالأحرف “بي إي تي” (PET)- المستخدمة على نطاق واسع في مجال تعبئة السوائل الغذائية كالماء والمشروبات الغازية وفي صناعة الملابس، من أهم المشاكل البيئية في العالم اليوم رغم جهود إعادة تدويرها.

وتتجاوز اليوم الكميات المصنعة سنويا من هذه المادة 56 مليون طن، يلقى بأكثرها في الطبيعة لتتحول إلى نفايات مضرة بالبيئة.

من جانب آخر، تعدّ مشكلة تخزين الطاقة من أهم المشاكل التي تعيق استخدام الطاقات المتجددة -كالطاقة الشمسية وطاقة الرياح- التي تتميز بعدم انتظامها.

وأصبحت اليوم هذه المشكلة حاضرة أكثر من أي وقت مضى، مما دفع الباحثين إلى الانكباب على تطوير مواد بديلة لتلك المستخدمة تقليديا في صناعة البطاريات، تكون أكثر استدامة وأقل كلفة في تخزين الطاقة.

وكان هدف الباحثين ميهري وجنكيز أوزجان وفريقهما هو حل هاتين المشكلتين في نفس الوقت، بخفض التلوث الناتج عن النفايات البلاستيكية وتسريع الانتقال إلى طاقة نظيفة بنسبة 100%، من خلال تطوير تقنية لتحويل نفايات البلاستيك “بي إي تي” إلى مواد نانوية تستخدم في تخزين الطاقة بمردودية عالية.

عصفوران بحجر واحد
تقول ميهري أوزجان أستاذة الهندسة الكهربائية في كلية مارلان وروزماري بورنز للهندسة في جامعة كاليفورنيا ريفرسايد، إن “من المتوقع أن يصبح 30% من أسطول السيارات العالمي كهربائيا بحلول عام 2040، وستمثل التكلفة العالية للمواد الخام للبطاريات تحديا” يحول دون تحقيق هذا الهدف.

وتضيف المشرفة على الدراسة أن “استخدام النفايات وإعادة تدوير القناني البلاستيكية يمكن أن يؤدي إلى خفض التكلفة الإجمالية للبطاريات، مع جعل إنتاج البطاريات مستداما، إلى جانب القضاء على التلوث البلاستيكي في جميع أنحاء العالم”.

وفي هذه الدراسة، وصف الباحثون عملية بسيطة مستدامة لإعادة تدوير نفايات البلاستيك “بي إي تي”، المستخرج من عبوات الصودا والعديد من المنتجات الاستهلاكية الأخرى، بتحويلها إلى بنية كربونية نانوية تحتوي على فراغات.

وقام الباحثون في مرحلة أولى بحل قطع من العبوات البلاستيكية في مذيب، ثم تصنيع ألياف بلاستيكية نانوية في مرحلة ثانية، باستخدام عملية تسمى الغزل الكهربائي.

وبعد خلط المنتج بمادة رابطة وعامل موصل، تم تجفيفه وتجميعه في مكثف كهربائي فائق مزدوج الطبقات على شكل قرص، مثل بطارية الساعات الإلكترونية.

آفاق جديدة للبلاستيك
وأظهرت نتائج اختبار هذه المادة امتلاكها لجميع خصائص المكثف المزدوج الطبقة، إذ تحتوي الأولى على شحنات أيونية والثانية على شحنات إلكترونية، مع إمكانية حدوث تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تحدث عندما يتم امتصاص الأيونات كهربائيا على أسطح المواد.

ويقول الباحثون إنه على الرغم من أن البطارية المصنعة من النفايات البلاستيكية لا تخزن قدرا كبيرا من الطاقة مثل بطاريات الليثيوم أيون على سبيل المثال، فإنها تتميز عنها بسرعة الشحن، مما يجعل البطاريات التي تعتمد على النفايات البلاستيكية خيارا جيدا للعديد من التطبيقات.

ويعتقد الباحثون أن هذا الابتكار الجديد له مزايا بيئية واقتصادية، يمكن أن توفر فرصا للبحث والتطوير في المستقبل.

وهم يعملون حاليا على اختبار مواد معدنية منشطة مثل البورون والنيتروجين والفوسفور، يمكن استخدامها كألياف كهربائية لإضافتها إلى النفايات البلاستيكية قبل تحويلها إلى ألياف نانوية، قصد تحسين الخواص الكهربائية للبطارية الجديدة.

اقرأ المزيد
بطاريات

الأمريكيون يبتكرون بطارية كهربائية تعمل لمدة 28 ألف عام

قرر المهندسون الأمريكيون استخدام النفايات المشعة بعد معالجتها، وبالذات الكربون المشع – 14، كمصدر للطاقة في البطاريات الكهربائية التي يمكن أن تخدم لمدة 28 ألف عام.

وأعلنوا أنهم سيغطون قلب البطارية الكهربائية بطبقة من الألماس الاصطناعي عديد الكريستالات. وأعادوا إلى الأذهان أن قطع الألماس كهذه والتي تم إنماؤها في ظروف المختبر تعد أكثر المواد توصيلا للكهرباء وأكثرها متانة، إذ أنها تمنع الإشعاعات من المرور عبرها. ولا يمكن تدميرها أبداً.

كما يمكن أن ينقل الإنسان، حسب المهندسين، تلك البطارية المزودة بمثل هذا القلب الصلب في جيبه دون أن يعرض نفسه لخطر الإصابة بالإشعاعات. وعلاوة على ذلك البطارية ستعمل لمدة 28 ألف عام.

يذكر أن بطارية النانو والألماس قادرة ، حسب المهندسين، على إنتاج الطاقة الكهربائية التي تزيد بمقدار 3.48 مرة عن قدرة البطارية الكهربائية الكلاسيكية من طراز АА وأن حجمها أصغر من حجم البطارية الكلاسيكية بنسبة 53.4%. أما وزنها فلا يختلف عن وزن البطارية العادية.

بينما أعلن المهندسون أن تلك المعجزة التقنية الكهربائية لا يمكن تطبيقها إلا بعد أن يجمعوا أمولاً كافية لتأسيس شركة “ستارت آب” وتحقيق المشروع فيما بعد.

وقالوا إنهم يعتزمون عرض بطاريتهم الابتكارية على الجمهور بعد عامين.

جدير بالذكر أن هنلك عددا كبيرا من الفرق العلمية في العالم تعمل على تصنيع البطاريات الكهربائية النووية.

على سبيل المثال فإن معهد موسكو للفولاذ والسبائك كان قد أعلن مؤخراً عن ابتكار بطارية كهربائية نووية تزيد قدرتها عن قدرة البطارية العادية بمقدار 10 أضعاف. لكن فترة خدمتها لا تقدر بآلاف الأعوام بل بـ20 عاماً فقط. ولا تخصص تلك البطارية للاستخدام العام بل للعمل في الفضاء وتحت الماء وفي المناطق الجبلية.

المصدر: كومسومولسكايا برافدا

اقرأ المزيد