ابداع دستگاهی جدید برای تولید برق از هوا

دانشمندان آمریکایی مدعی شده اند که تقریبا از هر ماده ای می توان برای ایجاد دستگاهی استفاده کرد که به طور مداوم رطوبت هوا (humidity) را به برق تبدیل می کند. در حال حاضر این روش برای کاربرد عملی آماده نیست، ولی به گفته سازندگان، ایده تولید برق از هوا با این دستگاه از بعضی تحقیقات پیشین فراتر خواهد رفت.

تنها راه حل مورد نیاز برای عملی شدن این ایده این است که نانوحفره هایی با قطر کوچک تر از ۱۰۰ نانومتر در این مواد استفاده شوند. دستگاهی که این ویژگی را داشته باشد اندازه ای معادل یک ناخن انگشت و ضخامتی به اندازه یک تار مو خواهد داشت. چنین دستگاهی میتواند از رطوبت هوا الکتریسیته تولید کند.

ژنراتور هوا، روشی جدید برای تولید برق از هوا

به گفته تیمی به سرپرستی مهندس شیائومنگ لیو از دانشگاه امهرست ماساچوست، چنین موادی میتوانند الکتریسیته تولید شده توسط قطرات آب میکروسکوپی در هوای مرطوب را جمع آوری کنند. آن ها کشف خود را «اثر دستگاه ژنراتور هوا – generic Air- gen effect» نامیده اند.

رطوبت هوا برخلاف انرژی خورشیدی و بادی، یک منبع همیشگی از انرژی است که به صورت پیوسته دردسترس قرار دارد. محققان نیز از این موضوع آگاهی داشتند، ولی به دلیل پیچیدگی های فنی، استفاده از آن قبل از این کشف تاحدودی غیرممکن بود.

ولی باتوجه به عصری که در آن غیرممکن معنایی ندارد و تکنولوژی هر روزه بشریت را با شگفتی جدیدی روبرو می کند، با این روش ابداعی میتوان به شکل مداوم از طریق مواد مختلف از هوا به برق رسید.

مهندس جون یائو از دانشگاه ماساچوست در امهرست می گوید: هوا حاوی مقدار زیادی برق است. ابری را در نظر بگیرید که چیزی بیش از توده ای متشکل از قطرات آب نیست. هر یک از این قطرات حاوی یک بار است و وقتی شرایط مناسب باشد، ابر می تواند صاعقه ای تولید کند. اما نمی دانیم چگونه برق را بطور قابل اعتماد جذب کنیم. کاری که نیاز بود ما انجام دهیم این بود که یک ابر در مقیاس کوچک ساخته شده توسط انسان ایجاد کنیم که به طور پیش بینی شده و پیوسته برای ما برقی تولید می کند که می توانیم آن را برداشت کنیم.

این ایده برای بعضی آشنا بنظر میرسد، زیرا تیم قبلاً یک دستگاه برداشت کننده انرژی هوا ساخته بود. با این حال، دستگاه قبلی آن ها متکی به نانوسیم های پروتئینی رشد یافته توسط باکتری به نام Geobacter sulfurreducens بود. مشکل ایده قبلی این بود برای که برای تبدیل هوا به برق وجود باکتری ضروری نیست و هر نوع ماده ای میتواند الکتریسیته را از هوا برداشت کند.

این دستاورد بزرگ چگونه عملی می شود؟

تولید برق از هوا به دلیل ویژگی نانوحفره ها صورت می گیرد و اندازه آن ها بر اساس مسیر ​​آزاد مولکول های آب در هوای مرطوب است. این را می توان همان مسافتی دانست که یک مولکول آب می تواند قبل از برخورد با مولکول آب دیگر در هوا طی کند.

این دستگاه از یک لایه نازک مواد مانند سلولز، پروتئین ابریشم یا اکسید گرافن ساخته شده است. مولکول های آب موجود در هوا میتوانند به راحتی وارد نانوحفره ها شوند و از بالای آن به پائین حرکت کنند، ولی در حین حرکت به طرفین منافذ می روند.

این مولکول ها بار را به ماده منتقل کرده و تجمعی ایجاد می کنند. ازآنجایی که مولکول های آب بیشتری به بالای دستگاه می روند ، عدم تعادل بار بین دو طرف رخ می دهد. این اتفاق اثری مشابه آنچه در ابرهای تولید کننده رعد و برق می بینیم ایجاد می کند (بالا آمدن هوا برخوردهای بیشتری را بین قطرات آب در بالای ابر ایجاد کرده و در نتیجه بار مثبت در ابرهای بالاتر و بار منفی بیش از حد در ابرهای پایین تر ایجاد می شود).

شیائومنگ لیو می گوید: «این بسیار هیجان انگیز است. ما دریچه ای وسیع برای تولید برق پاک از هوای رقیق باز می کنیم.»

زمانی که مولکول های آب از لبه بالایی دستگاه به سمت لبه پایینی عبور می کنند، بر اثر برخورد با لبه حفره ها تولید شارژ می کنند. درنتیجه صاعقه ای در ابعاد بسیار کوچک و کنترل شده بوجود می آید که برق تولید می کند. انرژی تولید شده می تواند به دستگاه های کوچک هدایت یا در نوعی باتری ذخیره شود.

آیا این دستگاه برای تولید برق آماده است؟

در حال حاضر، توسعه این دستگاه هنوز در مراحل اولیه قرار دارد. دستگاه سلولزی که تیم آزمایش کردند، دارای ولتاژ خروجی ۲۶۰ میلی ولت در محیط بود، در حالیکه یک تلفن همراه به ولتاژ خروجی حدود ۵ ولت نیاز دارد. اندازه بسیار کوچک نمونه اولیه این دستگاه سبب می شود فقط بتواند انرژی موردنیاز برای یک نقطه نور روی یک صفحه بزرگ را ایجاد کند.

اما نازک بودن لایه ها به این معنی است که میتوان آنها را روی هم قرار داد تا دستگاه های ژنراتور هوا بزرگ تر شده و عملاً کاربرد بیشتری را ارائه دهند.

محققان می گویند این واقعیت که دستگاه های تولید کننده برق از هوا میتوانند از مواد مختلف ساخته شوند، به این معنی است که این دستگاه ها می توانند در هر محیطی که قرار است در آن مورد استفاده قرار گیرند، سازگار شوند.

یائو می گوید: «این ایده ساده است، ولی درعین سادگی قبلاً کشف نشده بود و مسیر به ثمر رسیدن آن می تواند بسیار چالش برانگیز باشد. گام بعدی برای پیشرفت در این پروژه این است که دستگاه ها را در محیط های مختلف آزمایش کرده و همچنین روی افزایش مقیاس آن ها کار کنیم.»

از آنجایی که رطوبت همیشه وجود دارد، دستگاه ۲۴ ساعته کار می کند و باران همیشه در مناطق مختلف می بارد، توسعه این ایده میتواند راهی دائمی و توقف ناپذیر برای تولید برق ایجاد کند. این روش جدید تولید الکتریسیته، یکی از مشکلات عمده فناوری هایی مانند باد یا خورشید را حل می کند که فقط در شرایط خاصی کار می کنند.

چنین دستگاهی قادر به ارائه توانی در سطح کیلووات برای مصارف عمومی برق خواهد بود. آینده ای را تصور کنید که در آن برق پاک هر کجا که هستید دردسترس باشد. توسعه دستگاه ژنراتور هوا به این معناست که این آینده می تواند به واقعیت تبدیل شود.