بالنسبة لمعظم الناس، يُعد الثلج مصدر إزعاج وخطر في الشتاء يجعل الطرقات والأرصفة زلقة، ويحرص الجميع على تجنّبه. لكن بحثاً جديداً يكشف أن ثني الثلج بعد إضافة الملح إليه يمكن أن يحوّل هذا الإزعاج الشتوي إلى مصدر محتمل للطاقة المستدامة.

اكتشف الباحث شين ون (Xin Wen) وفريقه في جامعة Xi’an Jiaotong University الصينية أن الثلج يمتلك خاصية الكهرباء الانحنائية (flexoelectricity)، أي أنه يولّد كهرباء عند ثنيه. سبق أن لوحظ نشاط كهربائي ضعيف في الأنهار الجليدية المتحركة أو تحت أغطية الثلج المضغوطة، لكن لم يتمكّن العلماء سابقاً من جعل هذه الظاهرة قوية بما يكفي لتطبيقات عملية.

الاختراق الرئيسي في هذه الدراسة هو استخدام الثلج المالح. قام الفريق بتجميد الماء مع كميات مختلفة من ملح الطعام العادي (NaCl) لصنع عينات على شكل مخروطي أو عوارض أو ألواح، ثم اختبروا القدرة على توليد الكهرباء.

لقياس الأداء، استخدم الباحثون اختبار الثني بثلاث نقاط: وضعوا قطعة الثلج على دعامتين ثم ضغطوا عليها من الأعلى لثنيها، فتولّدت طاقة كهربائية. النتيجة مذهلة: الثلج المالح أنتج شحنة كهربائية تفوق الثلج النقي بأكثر من 1000 مرة.

باستخدام المجهر ورامان الطيفي، كشف الباحثون سبب هذا الفارق الهائل: الملح يمنع الثلج من التجمّد الكامل، تاركاً قنوات مجهرية من الماء المالح السائل داخل الثلج. عندما ينحني الثلج تحت الضغط، يتدفق السائل عبر هذه القنوات، ويحمل التدفق الكهربائي شحنات مشكّلاً تياراً كهربائياً تدفقياً.

الأهمية العملية لهذا الاكتشاف كبيرة جداً: الثلوج والجليد تغطي حوالي 10% من سطح الأرض. إذا استُغلّت هذه المساحة الشاسعة، فقد تتحول الأراضي المتجمدة إلى مصدر طاقة جديد كلياً. يقول فريق البحث: «الكهرباء الانحنائية العالية في الثلج المالح تجعل حلم استغلال طاقة الجليد أقرب إلى الواقع، وقد تكون مرتبطة أيضاً بالنشاط الكهربائي في المناطق الجليدية على الأرض وفي المحيطات الجليدية الباردة مثل قمري المشتري (Europa) وزحل (Enceladus)».

مع ذلك، توجد تحديات:

• أجهزة الثلج المالح تعاني من الإجهاد الميكانيكي، حيث تنخفض قدرتها على توليد الكهرباء بنسبة تصل إلى 80% بعد ثنيها مرات عديدة.
• كفاءتها لا تزال أقل بكثير من الأجهزة الضغطية الكهربائية التجارية، وجزء كبير من الطاقة يُفقد على شكل حرارة.

رغم ذلك، فإن الإمكانات مثيرة للغاية: توليد كهرباء نظيفة من الأنهار الجليدية أو الأغطية الجليدية أو هياكل ثلج مالح اصطناعية سيكون حاسماً في المناطق الباردة التي يصعب فيها نشر مصادر الطاقة التقليدية. كما قد تمتد التطبيقات خارج الأرض، حيث يُعتقد أن المحيطات تحت السطح الجليدي في أقمار مثل Europa وEnceladus قد تكون مختبرات طبيعية لهذه الظاهرة.

الدراسة لا تزال في مراحلها الأولى، ويحتاج المهندسون إلى إيجاد طرق لتقليل فقدان الطاقة وزيادة المتانة. لكن هذا الاكتشاف يعيد تعريف الثلج تماماً: لم يعد مجرد خطر شتوي، بل شريك محتمل في الانتقال نحو الطاقة المستدامة.

نُشرت النتائج في مجلة Nature Materials.