تولید برق از شبنم

دانش  - پژوهشگران با شبیه‌سازی فرآیند تعریق برگ‌ها و تولید شبنم توانسته‌اند مولد الکتریکی بسازند.

مجید جویا: دانشمندان هنوز نتوانسته‌اند به فتوسنتز مصنوعی دست یابند، ولی گروهی از مهندسان برق در ایالات متحده فکر می‌کنند که می‌توان از برگ‌های مصنوعی برای تولید برق به شیوه‌ای متفاوت استفاده کرد: به روش تعریق.

به گزارش نیوساینتیست، برگ‌های طبیعی به طور پیوسته آب خود را، از طریق تبخیر و در جریان فرایندی که فراتراوش نامیده می‌شود از دست می‌دهند. این فرایند آب را از ریشه‌های درخت و از طریق آوندها به بالاترین برگ‌های درختان می‌رساند. برگ‌های جدید مصنوعی نیز از طریق تبخیر آب خود را از دست می‌دهند تا این پمپاژ آب را به طریق مکانیکی شبیه‌سازی کنند، و از این فرایند برای تولید الکتریسیته استفاده کنند.

مایکل ماهاربیز از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، و همکارانش از دانشگاه‌های میشیگان و ام.آی.تی، برگ‌های خود را از روی هم قرار دادن لایه‌های شیشه‌ای ساختند که درمیان آنها شبکه‌ای از لوله‌های مویین حامل آب قرار داده شده بود، دقیقا مانند آوندهای روی یک برگ طبیعی.

آوندهای کوچک‌تر تا لبه لایه‌های شیشه ادامه می‌یابند و انتهای آنها باز است تا قطرات آب از آنجا خارج شوند و تبخیر شوند، به این ترتیب در آوند میانی برگ؛ که دیگر آوندها از آن منشعب شده‌اند؛ آب با سرعت تقریبی 1.5 سانتیمتر بر ثانیه حرکت می‌کند.

پژوهشگران صفحات فلزی را به دیوارهای آوند اصلی افزودند و آنها را به یک مدار متصل کردند. صفحات باردار شده و آب درون آوندها، ساندویچی از دو لایه رسانا را به وجود می‌آورند که با یک لایه عایق از هم جدا می‌شوند و به این ترتیب، در عمل یک خازن ساخته می‌شود.

با قطع متناوب جریان آب به درون آوند، این برگ به یک منبع تولید برق تبدیل می‌شود. این کار هم با وارد کردن متناوب حباب‌های هوا به داخل آوند انجام می‌شود. با توجه به خصوصیات الکتریکی متفاوت هوا و آب، هر بار که یک حباب از میان صفحات عبور می‌کند، ظرفیت این دستگاه تغییر می‌کند و به این ترتیب یک جریان الکتریکی کوچک به وجود می‌آید. این جریان از یک مدار خارجی می‌گذرد که به نوبه خود برای اعمال ولتاژ به یک خازن ذخیره انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ربایش انرژی
ماهاربیز می‌گوید: «ما از انرژی مکانیکی جریان سیالات برای تغییر ظرفیت و افزودن انرژی ذخیره شده در خازن استفاده می‌کنیم. هر حباب، به افزایش ولتاژ خروجی به میزان 2 تا 5 میکروولت منجر می‌شود. چگالی توان این دستگاه به میزان تقریبا 2 میکرووات بر سانتی‌متر مکعب است و من فکر می‌کنم که ما می‌توانیم به سادگی، (با انجام بهینه سازی) به توانی برابر صدها میکرووات بر سانتی‌متر مربع برسیم».

ولی این هم، کسری از چگالی توان سیستم‌های قدرت دیگر مانند پیل‌های سوختی و یا باطری‌ها است، ولی به گفته ماهاربیز نمای در خور تقدیری از یک سیستم جاذب انرژی است.

این ابزار را می‌توان در مقیاس بزرگ‌تر ساخت تا بتوان درختانی مصنوعی ساخت که انرژی الکتریکی را به طور کامل در جاهایی که تغییرات دوره‌ای در میزان رطوبت هوا وجود دارد، از طریق تبخیر تامین کنند. به عقیقده ماهاربیز، هر چند که خروجی توان نسبتا کم آنها قابل رقابت با فناوری‌های خورشیدی نیست، این سیستم می‌تواند به عنوان یک فناوری تکمیلی عمل کند؛ (نور خورشیدی که انرژی الکتریکی خورشیدی را تامین می‌کند، می‌تواند با تسریع در فرایند تبخیر، انرژی الکتریکی تولید شده از سیستم اصلی خورشیدی را نیز تقویت کند).

کاهش نیروی کشش
آبراهام استروک از دانشگاه کرنل در ایتاکای نیویورک، بر این باور است که این اولین تلاش برای تولید برق از جریان مایعات ناشی از تبخیر است. هر چند که او به این هم اشاره می‌کند که یک شرکت امریکایی موسوم به ولتری موفق شده که از تغییرات PH بین خاک و ریشه درختان واقعی، مقادیر اندک انرژی الکتریکی را تولید کند.

استروک می‌گوید: «یک چالش بر سر راه تحقیق جدید این است که از حباب برای تولید جریان در خازن استفاده می‌شود». حباب‌های هوا وقتی که در یک مسیر طولانی داخل جریان آب می‌شوند، خود تبدیل به یک مانع بر سر راه فراتراوش می‌شوند، چرا که نیروش کششی را که سبب می‌شود ستون‌های آب به صورت بخش‌های یک زنجیره یکپارچه بالا کشیده شوند، از بین می‌برند.

ماهاربیز می‌گوید که او می‌تواند با استفاده از عایق‌های جامد به جای حباب‌های هوا از این مانع عبور کند، چیزی که در جای خود بر سر راه آب می‌چرخد و مانند یک چرخ آسیای آبی عمل می‌کند، به این ترتیب اختلاف رسانایی مورد نیاز برای تولید الکتریسیته ایجاد می‌شود.