خلية وقود تستمد طاقتها من ميكروبات التربة لتشغيل أجهزة استشعار الزراعة الذكية

أعلن باحثون من جامعة نورث وسترن الأمريكية في أبريل 2026 عن تطوير جهاز مبتكر يحوِّل الطاقة الكامنة في ميكروبات التربة مباشرةً إلى كهرباء، مقدِّماً بديلاً مستداماً للبطاريات التقليدية في تشغيل أجهزة الاستشعار اللاسلكية المدفونة تحت سطح الأرض لمراقبة صحة التربة ودعم الزراعة الدقيقة.

تعمل خلية الوقود الميكروبية الجديدة وفق مبدأ بسيط في جوهره: تستغل التفاعلات الكيميائية التي تنفذها الكائنات الدقيقة الحية أثناء تحليل المواد العضوية في التربة لاستخلاص إلكترونات وتوجيهها عبر دائرة كهربائية. الجهاز بحجم الكتاب يضم قطباً سالباً أفقياً مصنوعاً من ألياف الكربون يوضع تحت السطح، وقطباً موجباً عمودياً يمتد نحو سطح التربة.

هذا الترتيب الهندسي المتعامد هو جوهر الابتكار: الوضع الأفقي للقطب السالب يعني تلامساً أوسع مع الميكروبات والمواد العضوية، فيما يضمن القطب الموجب العمودي وصولاً مستمراً للأكسجين من الهواء الجوي دون تعطيل البنية المسامية الدقيقة للتربة. وقد حلَّ هذا التصميم إشكالية كانت تعاني منها خلايا الوقود الميكروبية السابقة وهي صعوبة الحفاظ على رطوبة التربة ومستوى كافٍ من الأكسجين في آنٍ واحد.

أظهرت التجارب أن النموذج الأولي ينتج طاقةً تفوق احتياجات حساساته بثمانية وستين ضعفاً، ويعمل بكفاءة في ظروف متباينة جداً: من التربة الجافة ذات نسبة رطوبة 41% إلى التربة الغارقة كلياً في المياه. ويتفوق الجهاز على نظيراته السابقة في العمر الافتراضي بنسبة 120%.

تبرز الأهمية الحقيقية لهذا الإنجاز حين ندرك الحجم الهائل لمنظومة الزراعة الدقيقة التي تتوسع بسرعة حول العالم: آلاف الحساسات المدفونة في الحقول لقياس رطوبة التربة ودرجة حرارتها ومستوى النيتروجين والحموضة وغيرها، وكل هذه الحساسات تحتاج إلى مصدر طاقة مستمر. البطاريات التقليدية تحتوي على مواد سامة، تتدهور في درجات الحرارة القصوى، وتحتاج إلى استبدال دوري يكلِّف جهداً وموارد.

في المقابل، تستمد خلية الوقود الميكروبية طاقتها من البيئة الحية المحيطة بها نفسها، وهي مصدر لا ينضب طالما التربة حية. ويعمل الفريق البحثي على الانتقال بالتصميم نحو توافق أكمل مع معايير إنترنت الأشياء لإرسال بيانات الحساسات لاسلكياً، مما قد يجعل هذا الجهاز عنصراً أساسياً في شبكات المزارع الذكية التي يراهن عليها مستقبل الأمن الغذائي العالمي.