הערכה ניסויית של טורבינת טסלה חסכונית לשחזור אנרגיית אוויר דחוס מבוזבז במערכות תחבורה

הפיכת אוויר מבוזבז לחשמל שימושי

בכל פעם שמשאית או רכבת כבדה לוחצת על הבלמים, היא משליכה בעדינות אנרגיה שמאוחסנת באוויר דחוס. המחקר הזה שואל שאלה פשוטה עם משיכה מעשית גדולה: האם אפשר ללכוד חלק מהלחץ האבוד הזה ולהפוך אותו לחשמל באמצעות מתקן קטן וזול שנקרא טורבינת טסלה? אם כן, ציי רכבים ורשויות רכבת יכלו לקבל תוספת של חשמל נקי ללא שריפת דלק נוספת או הוספת מכונות מסובכות.

מדוע אוויר דחוס נותר ללא שימוש

מערכות בלמי אוויר בכלי רכב כבדים מסתמכות על מדחס מכני השומר מיכל מאוחסן מלא אוויר דחוס. כאשר המיכל מגיע ללחץ המטרה, שסתומים נפתחים לשחרור העודף ולהגנה על המערכת, בעוד המדחס עצמו לעתים ממשיך להסתובב ללא עומס שימושי. משמעות הדבר היא שגם האוויר המיותר וגם התנועה הסיבובית בדרך כלל מבוזבזים. המחברים מציעים להוסיף מסלול משני ששולח את האוויר שמוצא החוצה דרך טורבינה קטנה המחוברת לגנרטור, כך שחלק מהלחץ האבוד יומר לחשמל לשימוש בתאורה, טעינת סוללות או אלקטרוניקה על-סיפונית.

טורבינה פשוטה מבוססת דיסקים

הליבה של המערכת היא טורבינת טסלה קומפקטית, סוג של טורבינה שמחליפה להבים בערימה של דיסקים חלקים. אוויר דחוס נכנס בצורה טנגנציאלית בשפה, ואז ספירלי פנימה בין הדיסקים. כשהוא מחליק לאורך משטחי הדיסקים, החיכוך מושך בעדינות עליהם וגורם לערימה כולה להסתובב. בפרויקט זה הקבוצה בנתה טורבינה בת עשרה דיסקים באמצעות מכונות CNC, ושמרה על עיצוב כולל פשוט בכוונה כדי שהחלקים יוכלו להיות מיוצרים ומנותחים בקלות בסדנאות סטנדרטיות. הם בדקו שתי גרסאות זהות למעט החומר: אחת עם דיסקי אלומיניום ואחת עם דיסקי פלדה, כדי לבדוק כיצד חומר הדיסקים משפיע על הביצועים בטווח הלחץ הנמוך האופייני למערכות בלימה ברכבים.

כיצד בוצעו הניסויים

החוקרים חיברו את הטורבינה למדחס מכני סטנדרטי, לשסתומים בקרה ולמכשירי מדידה שרשמו לחץ אוויר, מהירות סיבובית, מתח, זרם והספק חשמלי. הם הריצו ניסויים בלחצי כניסה מ-2 עד 10 בר, תחילה עם הטורבינה מסתובבת בחופשיות ואז עם גנרטור חשמלי מחובר כעומס. כל נקודת פעולה נמדדה מספר פעמים לבדיקת חזרתיות, והצוות השווה את תוצאותיו לניסויים קודמים בספרות כדי לוודא שהמגמות במהירות ובהספק תואמות להתנהגות ידועה בטורבינות דומות.

מה הטורבינה סיפקה

ככל שהלחץ עלה, שתי גרסאות הטורבינה סובבו מהר יותר והפיקו יותר כוח חשמלי, בהתאם לציפייה שזרימת אוויר מהירה יותר מעבירה יותר תנע לדיסקים. ללא עומס, טורבינת הדיסקים מפלדה הגיעה ליותר מ-7,000 סיבובים בדקה בלחץ הגבוה ביותר, בעוד גרסת האלומיניום עברה מהירות נמוכה יותר באופן ניכר. כאשר הגנרטור הופעל, המהירויות ירדו, אך עלו בהתמדה עם הלחץ. בדיקות בעומס הראו שהדיסקים מפלדה עלו באופן ברור על אלו מאלומיניום: ב-10 בר, הפלדה הפיקה כפליים בערך מהאלומיניום — כ-22 וואט מול כ-11 וואט בהרצה של 10 שניות. בלחצים הנמוכים ביותר, טורבינת האלומיניום לעתים נכשלת לייצר חשמל מדיד כלל, בעוד טורבינת הפלדה המשיכה לפעול באופן אמין.

מסקנות לגבי כלי רכב אמיתיים

למרות שהאב טיפוס מייצר הספק צנוע בפני עצמו, הוא מוכיח שטורבינת טסלה קטנה וזולה יכולה לקטוף אנרגיה מהאוויר שמשאיות ורכבות זורקות כיום. בבחירת דיסקי פלדה עמידים ובשילוב מספר טורבינות כאלה או בהגדלת גודלן, מפעילים יוכלו לשחזר יותר ממשאב זה לשימושים עזריים ללא שינוי מהותי במערכת הבלמים. לקוראים היומיומיים, המסקנה המרכזית היא שגם השריקה של אוויר מרכבת העוצרת סוחבת אנרגיה שימושית, וטורבינות דיסק פשוטות מציעות דרך מעשית ללכוד חלק ממנה ולהזינה חזרה למערכת התחבורה.

ציטוט: Farghaly, M.B., Almohammadi, B.A., Alsharif, A.M. et al. Experimental evaluation of a cost-effective tesla turbine for waste air energy recovery in transportation systems. Sci Rep 16, 15177 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48846-z

מילות מפתח: טורבינת טסלה, שחזור אנרגיה מבוזבזת, אוויר דחוס, מערכות בלימה באוויר, אנרגיית תחבורה