دانشمنداني كه هواي مرطوب را به انرژي تجديد پذير ...
به گزارش
پايگاه خبري توانير
، در اوايل قرن بيستم، نيكولا تسلا مخترع صربستاني، روياي استخراج برق رايگان فراوان از هواي اطراف را در سر داشت. وي كه فردي جاه طلب بود، در مقياس وسيعي فكر مي كرد و به طور موثر به زمين و جو فوقاني به عنوان دو سر يك باتري عظيم نگاه مي كرد. نيازي به گفتن نيست كه روياهاي او هرگز محقق نشد، اما وعده برق مشتق شده از هوا – برق حاصل از رطوبت - اكنون دوباره نگاه محققان را به خود جلب كرده است، اما تفاوتش در اين است كه محققان حال حاضر دنيا بر خلاف تسلا بزرگ فكر نمي كنند، بلكه به مقياس هاي كوچك مي انديشند.
در ماه مي 2018، تيمي از دانشگاه ماساچوست (UMass) Amherst مقاله اي را منتشر كرد كه در آن اعلام شد با موفقيت يك جريان الكتريكي كوچك اما پيوسته، از رطوبت هوا توليد كرده اند. اين ادعايي است باعث شد تيم، به كشفي الهام بخش دست يابد و تعجب بسياري را برانگيخت.
پروفسور «جون يائو» نويسنده اصلي اين مطالعه، مي گويد: «صادقانه بگويم، اين يك تصادف بود. ما در واقع به ساخت يك حسگر ساده براي رطوبت هوا علاقمند بوديم، اما به هر دليلي، دانشجويي كه روي آن كار مي كرد فراموش كرد برق را وصل كند.»
اين تيم با شگفتي متوجه شد اين دستگاه شامل مجموعه اي از لوله هاي ميكروسكوپي يا نانوسيم ها است كه سيگنال الكتريكي توليد مي كند.
قطر هر نانوسيم كمتر از يك هزارم موي انسان بود، در حقيقت ضخامت آن به اندازه اي بود كه يك مولكول آب موجود در هوا بتواند وارد آن شود، اما آنقدر باريك بود كه به داخل لوله برخورد مي كرد. تيم متوجه شد كه هر ضربه، بار كوچكي به مواد مي داد و با افزايش دفعات ضربه ها، يك سر لوله متفاوت از ديگري شارژ مي شد.
يائو مي گويد: «اين سيستم شبيه باتري است. شما يك كشش مثبت و يك كشش منفي داريد، و وقتي آنها را به هم وصل مي كنيد، شارژ جريان مي يابد».
براي مطالعه اخير، تيم يائو از نانوسيم ها استفاده كرده و در حال سوراخ كردن مواد با ميليون ها حفره كوچك يا نانوحفره هستند. دستگاهي كه آنها ساخته اند به اندازه يك تصوير كوچك، يك پنجم عرض يك موي انسان است و مي تواند تقريباً يك ميكرووات توليد كند كه براي روشن كردن يك پيكسل روي يك صفحه نمايش LED بزرگ كافي است.
بنابراين براي تامين انرژي بقيه صفحه يا در واقع يك خانه كامل چه چيزي لازم است؟ يائو مي گويد: «زيبايي كار در اين است كه هوا در همه جا وجود دارد. اگرچه يك صفحه نازك از دستگاه مقدار بسيار كمي برق توليد مي كند ولي در اصل، مي توانيم چندين لايه را در فضاي عمودي قرار داده تا ميزان برق توليدي را افزايش دهيم.»
اين دقيقاً همان كاري است كه تيم ديگري متشكل از پروفسور سويتلانا ليوبچيك و پسران دوقلويش، پروفسور آندري و سرگي ليوبچيك در تلاش هستند انجام دهند.
Svitlana Lyubchyk و Andriy بخشي از طرح Catcher مستقر در ليسبون هستند كه هدف آن «تغيير رطوبت اتمسفر به انرژي تجديدپذير» بوده و همراه با Sergiy CascataChuva استارتاپي كه قصد تجاري سازي اين تحقيقات را دارد، اين طرحرا آغاز كردند.
آنها ابتدا كار روي اين ايده را در سال 2015، مدتي قبل از تيم يائو در UMass Amherst آغاز كردند. آندري مي گويد: «ما آدم هاي عجيب و غريب به حساب مي آمديم، «مرداني كه حرفي كاملا غيرممكن را مي گفتند.سيگنال ناپايدار و كم بود. ما توانستيم 300 ميلي وات برق توليد كنيم، اما شما بايد تمام تلاش خود را روي ريه هاي خود بگذاريد تا رطوبت كافي را در نمونه ها تنفس كنيد.»
آن ها از آن زمان به بعد مسير طولاني را پيمودند به گونه اي كه Catcher و شركايش براي اين پروژه حدود ?.? ميليون يورو بودجه از شوراي نوآوري اروپا دريافت كردند و نتيجه توليد يك ديسك خاكستري نازك به اندازه 4 سانتيمتر (1.5 اينچ) اشد.
به گفته Lyubchyks، اين دستگاه مي تواند ولتاژ نسبتاً متوسط 1.5 ولت و 10 ميلي آمپر توليد كند. با اين حال، آنها مي گويند، 20 هزار عدد از آنها كه در يك مكعب به اندازه ماشين لباسشويي چيده شده اند و مي توانند 10 كيلووات ساعت برق در روز توليد كنند – معادل تقريباً مصرف يك خانواده متوسط بريتانيايي. آنها قصد دارند يك نمونه اوليه را براي نمايش در سال 2024 آماده كنند.
دستگاهي كه مي تواند الكتريسيته قابل استفاده از هواي رقيق (يا تا حدودي مبهم) توليد كند، ممكن است خيلي خوب به نظر برسد كه درست نيست، اما «پيتر دابسون» استاد بازنشسته علوم مهندسي در دانشگاه آكسفورد، تحقيقات تيم UMass Amherst و Catcher را دنبال كرده است و او خوش بين است.
دابسون مي گويد: «وقتي براي اولين بار در اين باره شنيدم، فكر كردم، اوه. بله، يكي ديگر از آن ها. ولي بعد ديدم اگر بتوانيد آن را مهندسي و مقياس كنيد و از آلوده شدن آن به ميكروب هاي جوي جلوگيري كنيد، بايد كار كند.»
وي ادامه مي دهد: پيشگيري از آلودگي ميكروبي بيشتر يك «چالش مهندسي هيجان انگيز» است تا يك نقص پاياني، اما قبل از اينكه اين فناوري انرژي خانه هاي ما را تامين كند، بايد بر مشكلات بسيار بزرگ تري غلبه كنيم.
«اين دستگاهها چگونه توليد ميشوند؟» آنا كوره، استاد مهندسي محيط زيست در امپريال كالج لندن اين سوال را مطرح مي كند و مي گويد: تامين مواد اوليه، هزينه يابي، ارزيابي ردپاي زيست محيطي و مقياس بندي آن ها براي اجرا نيازمند زمان و اطمينان است. حتي زماني كه چالش باقي مانده براي اتصال هزاران دستگاه به يكديگر برطرف شد، هزينه همچنان مساله ساز است.
كالين پرايس استاد ژئوفيزيك، با اشاره به هزينه اضافي انتخاب يك فناوري پاك به جاي فناوري كه گازهاي گلخانه اي بيشتري منتشر مي كند، مي گويد: «همه فناوري هاي جديد براي انرژي بايد به «پرميوم سبز» فكر كنند. حق بيمه سبز در حال حاضر براي اين فناوري بسيار زياد است، اما اميدواريم با تحقيق و توسعه [تحقيق و توسعه]، سرمايه گذاري ها، معافيت هاي مالياتي براي انرژي هاي پاك و ماليات بر انرژيهاي كثيف انجام شود.
Lyubchyks تخمين مي زند كه هزينه يكسان سازي شده انرژي - ميانگين هزينه خالص فعلي توليد برق براي يك ژنراتور در طول عمر آن - از اين دستگاه ها در ابتدا بالا خواهد بود، اما با حركت به سمت توليد انبوه، اميدوارند در نهايت آن را به ميزان قابل توجهي كاهش دهند. اين نيروگاه رطوبتي قابل رقابت با انرژي خورشيدي و باد است. با اين حال، براي اين كار، آنها به سرمايه گذاري، دسترسي به مواد خام و تجهيزات پردازش آنها نياز دارند.
در حالي كه محققان UMass Amherst در حال كار با مواد آلي هستند كه در تئوري مي توان با سهولت نسبي توليد كرد، تيم Catcher با استفاده از اكسيد زيركونيوم - ماده مورد علاقه در تحقيقات سلول هاي سوختي - به نتايج برتر دست يافتند.
ليوبچيك سها اميدوار بودند كه از اوكراين بومي خود كه داراي ذخاير غني است، يك منبع تامين كنند، اما جنگ اخير آنها را مجبور كرده تا كه با مقادير نسبتاً كم خريداري شده از چين، به كار خود ادامه دهند.
اين تيم پذيرفته است كه ممكن است سال ها طول بكشد تا يك نمونه اوليه بهينه شود و توليد را افزايش دهد، اما اگر آنها موفق باشند، مزاياي آن مشخص است. برخلاف خورشيدي يا بادي، ژنراتورهاي هيگروالكتريك مي توانند روز و شب، در داخل و خارج و در بسياري از مكانها كار كنند.
اين تيم حتي اميدوار است روزي بتواند مصالح ساختماني را از دستگاههاي خود بسازد. آندري مي گويد: «تصور كنيد مي توانيد با استفاده از اين مواد، بخش هايي از يك ساختمان بسازيد، نه نيازي به انتقال انرژي وجود دارد، نه نيازي به زيرساخت».
ممكن است همه اين ها مانند تفكر آسمان آبي به نظر برسد، و روياهاي تسلا در مورد برق بي حد و حصر از هوا هنوز خيلي دور است، اما به اعتقاد يائو ممكن است در ميان آسمان هاي ابري زمينه هايي براي خوش بيني پيدا كنيم. وي مي گويد: «انرژي زيادي در مولكول هاي آب موجود در هوا ذخيره مي شود، اين جايي است كه ما در طول يك طوفان رعد و برق اثر رعد و برق را دريافت مي كنيم. وجود اين نوع انرژي مورد ترديد نيست. اين مربوط به نحوه جمع آوري آن است.»
نظرات