أوراق الأشجار المتساقطة... أجهزة لتخزين الطاقة

تغمر أشجار البولونيا، أو الفينكس، الصين الشمالية، وللأسف يحرق السكان، رغم رفض الحكومة، الأوراق المتساقطة منها غالباً، ما يؤدي إلى تفاقم تلوث الهواء في البلاد. في بكين وحدها، يُحرق نحو مليوني طن من الأوراق والنفايات النباتية الأخرى سنوياً.

توصّلت هونغفانغ ما وزملاؤها في جامعة كيلو للتكنولوجيا في جينان، إلى حل لهذه المشكلة من خلال تحويل أوراق شجرة الفينيكس إلى مكثفات فائقة، يمكن استخدامها كالبطاريات لتخزين الطاقة، من ثم تجنّب بعض من تلوث الهواء أيضاً.

تستغرق البطاريات التقليدية وقتاً طويلاً لتشحن، إلا أنها تخزن كميات كبيرة من الطاقة. في حين أن المكثفات سريعة بالشحن، ولكنها لا تستطيع أن تخزن كثيراً من الطاقة. أما المكثفات الخارقة فهي نسخة معززة عنها، إذ إنها تخزِّن مزيداً من الطاقة وتبقى قادرة على الشحن بسرعة كبيرة. بعض هذه الأجهزة عضوي مصنوع من الكربون السهل اختراقه.

وتطلق عملية صنع المكثفات العضوية قليلاً من ثاني أوكسيد الكربون، ولكن ليس بقدر ما يمكن أن ينبعث عند حرق أو تحلل الكمية نفسها من المواد، وفقاً لكارولين بورجيس كليفورد في جامعة ولاية بنسلفانيا: «فأي شكل لاستخدام مواد النفايات بطريقة مفيدة يبقى أمراً جيداً».

في المختبر

بهدف تحويل الأوراق إلى مواد مناسبة للمكثفات، نظّفها الباحثون وجففوها، وطحنوها إلى مسحوق ناعم، ثم إضافوها إلى الماء وسخنوا الخليط على درجة حرارة 220 مئوية مدة 12 ساعة، قبل تصفية أي رماد أو مواد ملوثة. كل ما تبقى منها مسحوق كربون بني اللون ومجهري البنية.

أدّت إضافة المسحوق إلى محلول هيدروكسيد البوتاسيوم، كذلك رفع الحرارة ببطء لتصل مجدداً إلى 800 درجة مئوية على مدى ساعتين إلى تآكل الأسطح، وتخليف مادة سوداء، مكونة من مسحوق الكربون المجهري البنية ولكن مغطاة بمسام ضئيلة تعزّز مساحة سطح الشقوق والزوايا، ما يسمح لها بتخزين مزيد من الطاقة.

تفوّق

تحويل الكتلة الحيوية إلى مكثفات ليس بالأمر الجديد، إذ قام بذلك بعض الباحثين باستخدام قشرة جوز الهند، وألياف الموز أو قشور الأرز. ويقول فريد كانون، وهو أيضاً في جامعة ولاية بنسلفانيا: «صنع آخرون المادة نفسها، ولكن باستعمال الخشب أو الفحم بدلاً من الأوراق».

مع ذلك، أظهرت الاختبارات أن الأجهزة الجديدة التي تعتمد على الأوراق مكثفات فائقة، تتفوق على نظيراتها التى تعمل على الفحم.

رغم هذا الانجاز، يشعر كانون بالقلق من التغير الطبيعي للأوراق، الأمر الذي يجعل من الصعب تسويق الفكرة. ويقول: «الأوراق أقل اتساقاً في طابعها، من ثم أتوقع أن المكثفات الفائقة المصنوعة منها ستكون متغيرة في طبيعتها».