لاستغلال قطرات المطر لتوليد الكهرباء، طوّر فريق بحثي من جامعة نانجينغ في الصين جهازاً طافياً يُعرف باسم W-DEG. هذا الجهاز يعيد تعريف الطريقة التي يمكن بها تحويل الطاقة الحركية للقطرات إلى تيار كهربائي، عبر تصميم يدمج الماء نفسه كعنصر وظيفي في البنية الكهربائية، بدلًا من الاعتماد على قاعدة معدنية تقليدية.

في الأجهزة السابقة، كانت القطرات تسقط على غشاء عازل عليه الكترود و مثبت فوق قاعدة صلبة تحتوي على إلكترود معدني، مثل النحاس، موصول بالدائرة الكهربائية. عند اصطدام القطرة، يحدث فصل في الشحنات بين سطحها وسطح الغشاء، مما يولد فرق جهد كهربائي لحظي عبر الأقطاب، ويُحوّل إلى تيار كهربائي. هذا التفاعل الفيزيائي يُعرف بالتحفيز الكهروستاتيكي، ويعتمد على حركة الإلكترونات الناتجة عن تغير توزيع الشحنات بين القطرة والسطح.

أما في التصميم الجديد، فقد تم الاستغناء عن القاعدة المعدنية تماماً، واستُخدم الماء كإلكترود سفلي طبيعي. الجهاز يطفو على سطح الماء، وتُوضع طبقة عازلة فوقه، بينما يُغمر إلكترود معدني صغير داخل الماء ليكون موصلًا للدائرة. عند سقوط القطرات على الطبقة العازلة، يحدث نفس التفاعل الكهروستاتيكي، لكن فرق الجهد يتولد بين الإلكترود العلوي داخل الجهاز والماء نفسه، مما يسمح بتدفق التيار عبر الدائرة. هذا الابتكار يقلل من وزن الجهاز بنسبة تصل إلى 80%، ويخفض التكلفة بنحو 50% مقارنةً بالطرازات التقليدية، دون أي فقد في الكفاءة الكهربائية.

الميزة الأبرز لهذا التصميم هي مرونته البيئية. فقد أثبتت الاختبارات أن الجهاز يعمل بثبات في ظروف قاسية، مثل درجات الحرارة المتغيرة، ومياه البحيرات الملوثة، وتركيزات الأملاح المختلفة. كما أن الطبقة العازلة تتمتع بخمول كيميائي، مما يمنع تحللها.

من حيث الأداء، استطاع النموذج الأولي بمساحة 0.3 متر مربع تشغيل 50 مصباح LED في وقت واحد، وشحن مكثفات كهربائية خلال دقائق. هذا يفتح الباب أمام استخدام الجهاز في تشغيل أجهزة استشعار بيئية أو تطبيقات خارج الشبكة، خاصة في المناطق المطيرة أو الساحلية، دون الحاجة إلى بنية تحتية ثقيلة أو موارد أرضية.

ورغم أن الجهاز أثبت فعاليته في المختبر، إلا أن الباحثين أشاروا إلى تحديات مستقبلية، مثل اختلاف حجم وسرعة القطرات في الطبيعة، وضمان متانة الأغشية العازلة في الظروف الخارجية. ومع ذلك، فإن هذا النموذج يمثل نقلة نوعية في مجال الطاقة الخضراء، ويجسد مفهوم "التصميم المتكامل مع الطبيعة"، حيث يُستخدم الماء كمكون وظيفي وليس مجرد وسط خارجي.

يفتح هذا الابتكار آفاقاً جديدة لتقنيات الطاقة المتجددة، ويُقدم حلولًا عملية وخفيفة التكلفة للمستقبل.
رابط البحث.