توصَّل باحث مصري إلى تقنية جديدة تقوم على تصميم خلايا وقود ميكروبية بمواصفات جديدة لإنتاج الكهرباء من مياه الصرف الصحي، في محاولة للتغلب على المشكلات التقليدية، والتي تتمثل في محدودية الطاقة المتولدة عنها.

وابتكر الأستاذ بقسم الهندسة الكيميائية بكلية الهندسة جامعة المنيا الدكتور ناصر علي بركات، خلية ميكروبية صغيرة الحجم باستعمال قطب ثلاثي الأبعاد من شعيرات الكربون متناهية الصغر، والتي أثبتت فاعلية كبيرة في إنتاج قدر كبير من الكهرباء.

وأكد بركات، في تصريحات إعلامية، أن خلايا الوقود الميكروبية تمثّل بداية طفرة حديثة في مجال الطاقة المتجددة.

وأوضح أن هذا النوع من الخلايا يعتمد على توليد الكهرباء باستعمال الميكروبات من الملوثات العضوية الموجودة في مصادر المياه المُلوثة، مثل مياه الصرف الصحي والصرف الصناعي.

كيفية إنتاج الكهرباء من مياه الصرف الصحي

على خلاف البطارية التي تُنتج الكهرباء من خلال تفاعل كيميائي، تُنتج خلايا الوقود الميكروبية الكهرباء من خلال امتصاص الطاقة المُهدرة من الميكروبات خلال التنفس الخلوي، أي إن البكتيريا تمتص المواد الغذائية وما حولها، وتُطلق الإلكترونات.

والخلايا الميكروبية -في أبسط صورها- عبارة عن وعاء يحتوي على مياه الصرف الصحي المتصلة بأقطاب موجبة وسالبة موصولة بلوحة دائرة تشبه إلى حدّ ما بطارية تجمع الكهرباء المُولّدة من المياه التي تحتوي على الميكروبات،وتنتج كل خلية كمية ضئيلة من الكهرباء، وعند ربطها ببعضها، يمكن الحصول على تيار يكفي لتشغيل الأجهزة الصغيرة مثل مصابيح (ليد)، أو شحن الهواتف المحمولة.

زيادة الكهرباء المُنتجة

يرى الأستاذ بقسم الهندسة الكيميائية بجامعة المنصورة، في تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة، أن المشكلة التي تواجه هذا التطبيق كانت تتمثل في ضعف الكهرباء المُنتجة من هذا النوع من الخلايا.

وأشار إلى أن الكهرباء المنتجة من هذه الخلايا تعتمد على كمية الميكروبات المتجمعة عند القطب الموجب (الأنود)؛ لذا تركزت محاولات الباحثين على إنتاج أقطاب تتمتع بمساحة سطحية كبيرة لاستيعاب أكبر عدد ممكن من الميكروبات.

وقال بركات: إن “المساحة السطحية العالية جدًا هي أهم مميزات الشعيرات المتناهية الصغر (الألياف النانوية)، لذا ركّزتُ -مع فريقي البحثي- خلال المدة الأخيرة على تصنيع أقطاب مُصنّعة من شعيرات الكربون المتناهية الصغر؛ لاستعمالها في خلايا الوقود الميكروبية”وأضاف أن تصنيع شريحة من شعيرات الكربون المُطعمة بالكوبلت قد أثبتت فاعليتها بصورة جيدة في إنتاج الكهرباء.

تجميع الخلايا الميكروبية

نفّذ الفريق البحثي برئاسة الدكتور بركات ابتكارًا آخر لقطب ثلاثي الأبعاد من شعيرات الكربون المتناهية الصغر، والتي أنتجت كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية، وذلك بعد تصنيع خلية ميكروبية صغيرة الحجم باستعمال القطب المبتكر.

وفى آخر بحث غلّف الفريق البحثي قضيبًا من الجرافيت بشعيرات الكربون المتناهية الصغر، واستُعمِل هذا القضيب في تجميع خلية ميكروبية كبيرة الحجم معتمدة على ماء صرف صناعي، وإنتاج كمية من الكهرباء من الماء المُلوث الناتج من مصنع أبوقرقاص لإنتاج السكر في محافظة المنيا.

وفاز الدكتور ناصر بركات في مسابقة محمد ربيع ناصر للبحث العلمي -في دورتها الـ5 على التوالي- لعام 2022، عن مجمل أبحاثه بجائزة مجال العلوم الهندسية التطبيقية،وكان بركات قد أسس مركزًا متطورًا لتطبيقات النانو تكنولوجي في مجال الطاقة المتجددة ومعالجة المياه، بالتعاون مع جامعة توشنبك الوطنية بكوريا الجنوبية.