الكَهْرَباء اللاسلكية حَلَم عُمْرَة 100 عَامٍ قَدْ يَتَحَوَّلُ إلَى حَقِيقَةٍ فِي السَّنَوَاتِ القَادِمَة

دَفَع ظُهُور الشحن اللاسلكي وَالْمُرَكَّبَات الكَهْرَبَائِيَّة و 5 G و الْحَاجَةِ إلَى قَدْرِ أَكْبَرُ مِنْ الِاسْتِدَامَة لتطوير تِقْنِيَّةٌ إرْسَال لاسلكية تَعْمَل بِكَامِل طَاقَتِهَا فِي أَجْزَاءِ مُخْتَلِفَةٍ مِنْ الْعَالِمِ .

مِنْ شَرِكَةِ Wave Inc . الأَمْرِيكِيَّة إلَى شِرْكِهِ Space Power Technologies الَّتِي مَقَرِّهَا اليَابَان وَشَرِكَة Emrod النيوزيلندية النَّاشِئَة ، هُنَالِك العَدِيدِ مِنَ الشَّرِكَات الَّتِي تُعْمَلُ حاليًا عَلَى تِقْنِيَّةٌ نَقَل الطَّاقَة اللاَّسِلْكِيَّة.

 التَّارِيخ وَالْعِلْم وَرَاء نَقَل الطَّاقَة لاسلكياً

قَبْلَ أَنْ الدُّخُولَ فِي المبادرات الثورية الْمُخْتَلِفَة الْمُتَعَلِّقَة بالكهرباء اللاَّسِلْكِيَّة، مِنْ الْمُهِمِّ أَن نَفْهَم أَصْلِهَا وَالْمَفْهُوم الأسَاسِيّ وَرَاءَ هَذِهِ التكنولوجيا الَّتِي تعد خيارًا موثوقًا لاحتياجات الطَّاقَة المستقبلية .

فِي عَامٍ 1891 صَمَّم الْمُخْتَرَع الصربي الأمريكِيّ نِيكُولا تيسلا مِلَفّ تسلا ، وَهُو جِهَاز فَرِيد يَعْمَلُ عَلَى مَبْدَأ الرنين الكَهْرَبائِيّ ، قَادِرٌ عَلَى نَقْلِ الكَهْرَباء بِدُون أسلاك.

وَمَعَ ذَلِكَ ، يُمْكِن للملف تَوْصِيل الكَهْرَباء لاسلكيًا إلى مَسافات قَصِيرَة فَقَط ، وَبِسَبَب إِمْكانِيَّاتُه الْمَحْدُودَة ، لَمْ يَتَحَوَّلْ إلَى تَطْبِيق عَمَلِي لِنَقْل الكَهْرَباء لاسلكيًا .

كَان تيسلا لَا يَزَالُ مهووسًا بفكرته عَن الطَّاقَة اللاَّسِلْكِيَّة ، لِذَلِك عَمِلَ فِي السَّنَوَاتِ الَّتِي تَلَتْ ذَلِكَ عَلَى بِنَاء مَحَطَّة طَاقَة يُمْكِنُهَا إجْرَاء نَقَل طَاقَة لاسِلْكِيّ عَالِي الْجَهْد.

كانت تجربته تهدف إِلىَ نَقْلٍ الطاقة لاسلكيًا إلى مَسافاتٍ طَويلَةً ، أَمَّا باستخدام سِلْسِلَةً مِنْ الأبراج ذَات الْمَوَاقِع الإستراتيجية أَو نِظَام من البالونات الْمُعَلَّقَة .

قَام بِبِنَاء مَحَطَّة إرْسَال لاسلكية فِي لُونْغ آيزلًانَدّ (تسمى Tesla أَو بُرْج Wardenclyffe) وَاَلَّتِي يَعْتَقِد أَنَّهَا يُمْكِن أَنْ تَثْبُتَ أَنْ نَقَلَ الكَهْرَباء لاسلكيًا بَعِيدَ الْمَدَى كَان ممكنًا.

لِسُوء الْحَظّ رَفَض المستثمر جَي بِي مورغان (J . P. Morgan) تَقْدِيم الْمَزِيدَ مِنْ الْأَمْوَالِ لتجارب تيسلا لتمويل مشروعه ، وَتَمّ إغْلَاق الْمَشْرُوعِ فِي عَامٍ 1906 و هَدْمُه لاحقًا.

مَاتَ نِيكُولا تيسل فِي عَامٍ 1943 وَلَم يَكْتَمِل حِلْمُه بالكهرباء اللاَّسِلْكِيَّة ، وَلَكِنْ فِي الْمِائَةِ عَام الْمَاضِيَة أَثْبَتَت التَّجَارِب والدراسات أَن الْمُخْتَرَع الْعَبْقَرِيّ تيسلا كَانَ عَلَى المسار الصَّحِيحِ.

يَتِمّ حالياً تطوير طُرُقٍ مُخْتَلِفَةٍ لِنَقْل الطَّاقَة لاسلكياً وَالْبَحْوث جَارية لتنفيذ ذلك عَلَى نِطَاقٍ وَاسِعٌ

الْأَقْمَار الصِّنَاعِيَّة الشَّمْسِيَّة

هَذِهِ طَرِيقَةُ وَأَعَدَّه تَتَضَمَّن اسْتِخْدَامٌ أَقْمَار صِنَاعِيَّةٌ تَعْمَل بالطاقة الشَّمْسِيَّة متموضعة في مدار الأرض.

سَيَحُول الْقَمَر الصِّنَاعِيّ ضَوْءِ الشَّمْسِ إلَى طَاقَة مِن الْمَوْجَات الدَّقِيقَة ثُمَّ يُتِمُّ إرْسَال هَذِهِ الموجات إلَى هَوَائِيٌّ عَلَى الْأَرْضِ أَوْ إلَى مَحَطَّةِ الشَّبَكَة الرَّئِيسِيَّة.

في محطة الشبكة الرئيسية سيتم تحويل الْمَوْجَات الدَّقِيقَة إلَى كَهْرَباء DC.

أَعْلَن مَعْهَد كالِيفُورْنِيا للتكنولوجيا مؤخرًا أَن عُضْو مَجْلِس الْإِدَارَة دُونالد برين وَهُو أيضًا مَالِك شَرِكَة الاسْتِثْمَار العقاري Irvine Company ، سيتبرع بِمَبْلَغ 100 مِلْيُون دُولار لِمَشْرُوع الطَّاقَة الشَّمْسِيَّة الفضائية (SSPP) التَّابِع لمعهد كالِيفُورْنِيا للتكنولوجيا.

يَهْدِف هَذَا الْمَشْرُوعُ الطُّمُوحِ إِلَى إنْشَاءِ شَبَكَة طَاقَة لاسلكية تَعْتمِدُ عَلَى الْأَقْمَار الصِّنَاعِيَّة و الْمَوْجَات الدَّقِيقَة يُمْكِنُهَا تَوْفِير الطَّاقَة بِاسْتِمْرَار فِي أَيِّ مَكَان عَلَى وَجْهِ الْأَرْضِ.

الْمَوْجَات الدَّقِيقَة (Microwave)

فِي هَذِهِ الطَّرِيقَةِ ، يَتِمّ تَحْوِيل إِشْعاعٌ الْمَوْجَات الدَّقِيقَة إلَى طاقَةٌ كَهْرَبائِيَّةٌ بالتيار الْمُسْتَمِرّ بِمُسَاعَدَة جِهَاز اسْتِقْبَال للْمَوْجَات الدَّقِيقَة وَمُقَوِّم للتَّيَّار الْمُسْتَمِرّ.

كَانَتْ أَعْلَى كَفَاءَة تَمّ تَحْقِيقِهَا مِنْ خِلَالِ نَقَل طَاقَة الْمَوْجَات الدَّقِيقَة 84٪ ، وَاَلَّتِي تَمّ تَسْجِيلُهَا فِي عَامٍ 1975 مِنْ قِبَلِ فَرِيقٌ فِي اليَابَان

كَشَفَت الأبحاث فِي جَامِعِهِ تسوكوبا (Tsukuba) باليابان أَن إِشْعاعٌ الْمَوْجَات الدَّقِيقَة عَالِي الطَّاقَة يُمْكِنُ أَنْ يَعْمَلَ كمصدر لاسِلْكِيّ فَعَّال للطاقة لِإِطْلَاق الصواريخ فِي الْفَضَاءِ.

عِنْدَمَا يَتِمّ إرْسَال صارُوخ إلَى الْفَضَاءِ ، فَإِنَّ الْوُقُودَ يُمَثِّل حَوَالَي 90 ٪ مِنْ وَزْنِهِ ، وَيُمْكِن التَّخَلُّصِ مِنْ هَذَا الْحَمْلِ باستخدام تِقْنِيَّةٌ الطَّاقَة اللاَّسِلْكِيَّة الْقَائِمَةُ عَلَى الْمَوْجَات الدَّقِيقَة.

انتقال الليزر (Laser transmission)

تَمّ إثْبَاتِ أَنَّ أَكْثَرَ محولات DC إلَى الليزر (DC-to-laser) كَفَاءَة هِي صمامات ثُنَائِيَّة لَيْزِرية ذَات الحالَةِ الصَّلْبَةِ مِثْلِ تِلْكَ المستخدمة تجاريًا فِي اِتِّصَالاَتٌ الليزر بالألياف الضَّوْئِيَّة وَالْفَضَاء الْحُرّ.

يَسْمَح نَقَل الليزر لِلْمُسْتَقْبَل الكهروضوئي بِاسْتِقْبَال أَشِعَّة الليزر وَتَوْلِيد الطَّاقَةِ الكَهْرَبائِيَّةِ مِنْهَا.

تَكْمُن مَيَّزَه نَقَل الطَّاقَة الْقَائِمِ عَلَى الليزر فِي أَنَّهُ يُمْكِنُ التَّحَكُّمِ فِي أَشِعَّة الليزر بِسُهُولَة أَكْبَرُ مِنْ أَجْلِ النَّقْل الكَهْرَبائِيّ اللاسلكي بَعِيدَ الْمَدَى.

لم تَعَدّ الطَّاقَة اللاَّسِلْكِيَّة حِلْمًا

ستختبر شَرِكَة Emrod النَّاشِئَةُ فِي مَجَالِ الطَّاقَة قريبًا نموذجًا أوليًا لإعداد الْبِنْيَة التَّحْتِيَّة للطاقة اللاَّسِلْكِيَّة فِي نيوزيلندا

إذَا نَجَح الِاخْتِبَار فَسَيَكُون بِمَثَابَة دَفْعِهِ كَبِيرَةٌ لخطط حُكُومَة نيوزيلندا لإعداد نَقَل الطَّاقَة اللاَّسِلْكِيَّة فِي جَمِيعِ أَنْحَاءِ الْبِلَاد .

صَمَّمْت Emrod تِقْنِيَّةٌ فَرِيدَة للطاقة عَنْ بُعْدٍ تُسْتَخْدَم شَبَكَة لاسلكية مِن الهوائيات (الهوائيات المعدلة) الَّتِي تَحْمِلُ الطَّاقَةِ عَلَى شَكْلِ مَوْجَات كهرومغناطيسية طَوِيلَة الْمَدَى مِنْ نُقْطَةِ إلَى أُخْرَى.

فِي الْبِدَايَةِ ، يَتِمّ تَوْصِيل الكَهْرَباء عَبَّر الهوائيات عَلَى شَكْلِ حُزْمَةٌ غَيْر مؤينة لَهَا تَرَدَّد مُكَافِئ لموجات الرَّادْيُو .

ووفقًا لِلشَّرِكَة، فَإِن “ستارة أَمَانٌ لَيْزِر مُنْخَفِضَة الطَّاقَة تَضَمَّن إيقَاف شُعَاع الْإِرْسَال فورًا قَبْلَ أَنْ يَصِلَ أَيُّ جِسْمٍ عَابِر (مثل طَائِرٍ أَوْ مروحية) إلَى الشُّعَاع الرَّئِيسِيّ ، وَمِنْه ضَمَان عَدَم ملامسته لِأَيِّ شَيْءٍ بِاسْتِثْنَاء الْهَوَاء” .

أدعت شركة Emrod أَنَّ هَذِهِ التكنولوجيا مُنَاسَبَةٌ تمامًا للتضاريس الْجِبِلِّيَّة فِي نيوزيلندا لِتَمَكُّنِهَا مَنْ تَحْمِلُ الظُّرُوف الجَوِّيَّة الْمُتَغَيِّرَة فِي الْمِنْطَقَةِ.

تُعْتَبَر تِقْنِيَّةٌ نَقَل الكَهْرَباء اللاَّسِلْكِيَّة الْمُسْتَنِدَةِ إلَى rectenna نِعْمَة للمناطق الَّتِي لَا يُمْكِنُ فِيهَا تَرْكِيب شَبَكَات الطَّاقَة التَّقْلِيدِيَّة بِسَبَب الْقُيُود الْمَالِيَّةِ أَوْ الجُغْرَافِيَّة.

يُتَوَقَّع (Greg kushnir) الرَّئِيس التنفيذي لِشَرِكَة Emrod أَنَّ النَّاسَ قَدْ يُعَارِضُون الكَهْرَباء اللاَّسِلْكِيَّة بِنَفْس الطَّرِيقَةِ الَّتِي يشككون بِهَا بتقنية 5G .

وَيَعْتَقِدُ أَنَّ التَّحَدِّي الْحَقِيقِيّ الْمُرْتَبِط بِالْمَشْرُوع هُو طَمْأَنَة النَّاسِ أَنَّ الكَهْرَباء اللاَّسِلْكِيَّة مِن Emrod لَا تُؤَدِّي إلَى أَيِّ إِشْعاعٌ ضَارّ .

تمتلك شركة Emrod أيضًا مكتبًا فِي مدينة بُوسْطُن ، وَهُنَاك احْتِمَالٌ قَوِيٌّ بِأَنْ يُتِمَّ تَنْفِيذ مَشْرُوعٌ الكَهْرَباء اللاَّسِلْكِيَّة الْقَادِم لِلشَّرِكَةِ فِي الْوِلَايَاتِ الْمُتَّحِدَة.

بعض المبادرات الرائدة الْأُخْرَى لِنَقْل الطَّاقَة اللاَّسِلْكِيَّة

يَتَطَلَّب الْعَقْد الْجَدِيد وجود حُلُول لطَاقَة نَظِيفَة وَغَيْر مَحْدُودَةٌ ، الكَهْرَباء اللاَّسِلْكِيَّة تُعْتَبَرُ بديلاً رائعًا لمصادر الطَّاقَة التَّقْلِيدِيَّة وتمتلك الْقُدْرَةِ عَلَى إحْداثِ ثَوْرَة فِي قُطَّاعِ الطَّاقَة النَّظِيفَة.

تعمل شركة WAVe وهيَ شَرِكَةُ تِقْنِيَّةٌ أمريكية تَصْنَع حُلُول الطَّاقَة اللاَّسِلْكِيَّة للسيارات الكَهْرَبَائِيَّة الْمُتَوَسِّطَة والعالية على تطوير تقنية شحن جديدة.

يُمْكِن تَرْكِيب أَنْظِمَه الشحن الَّتِي توفرها Wave تَحْتَ الْأَرْضِ أَوْ تَحْتَ الطُّرُقِ أَوْ فِي مَنَاطِقِ وُقُوف السَّيَّارَات ، وَهِي قَادِرَةً عَلَى تَوْصِيل طَاقَة لاسلكية تَصِلُ إلَى 1 ميغا واط .

تُشِير التَّقَارِير الْأَخِيرَة إلَى أَنْ الشَّاحِنَة الكَهْرَبَائِيَّة القَادِمَة مِن شركة Tesla قَد تُسْتَخْدَم تِقْنِيَّةٌ الشحن اللاسلكي الاستقرائي مِن Wave لتلبية متطلبات الطَّاقَة الْخَاصَّة بِهَا.

تعمل أيضاً شركة ( WiTricity) وَهِيَ شَرِكَةُ مَقَرِّهَا الْوِلاَيَات الْمُتَّحِدَة عَلَى تطوير تِقْنِيَّةٌ للْوُقُوف والشحن وتَهْدِفُ إِلىَ شَحَن السَّيَّارَات الكَهْرَبَائِيَّة عَبَّر الرنانات الْمَغْنَاطِيسِيَّة أَثْنَاء وُقُوف السَّيَّارَات.

ختاماً

يُعَدّ نَقَل الطَّاقَة اللاَّسِلْكِيَّة تطورًا تكنولوجيًا لَا مَفَرَّ مِنْه ستختبره الْبَشَرِيَّة عَلَى مُسْتَوَى جَدِيدٍ فِي السَّنَوَاتِ القَادِمَة وسيؤدي إلى تطورات ثورية في مجالات الذكاء الصناعي والروبوتات.

  • إعداد: المهندسة سارة بالقاسمي
  • تدقيق: المهندسة رهف النداف
  • تحرير: المهندس بشار الحجي