تولید برق از تبخیر آب شور؛ نانودستگاه سوئیسی با نور و گرما رکورد بازده انرژی را شکست
به گزارش فانی لند به نقل از تجارت نیوز
پژوهشگران سوئیسی نانودستگاهی ساختهاند که با استفاده همزمان از نور و گرما، تبخیر آب شور را به برق پایدار تبدیل میکند و نسبت به فناوریهای مشابه تا پنج برابر انرژی بیشتری تولید میکند.
به گزارش تجارت نیوز، در دنیایی که نیاز به منابع انرژی پاک و پایدار هر روز بیشتر میشود، دانشمندان به دنبال روشهایی هستند که بتوانند از پدیدههای طبیعی برای تولید برق استفاده کنند. یکی از تازهترین دستاوردها در این مسیر، طراحی یک نانودستگاه پیشرفته است که از تبخیر آب شور برای تولید جریان الکتریکی بهره میبرد. این فناوری نوظهور که در آزمایشگاه علوم نانو برای فناوری انرژی در مؤسسه فناوری فدرال لوزان سوئیس توسعه یافته، میتواند چشمانداز تازهای برای تولید برق کمهزینه و بدون باتری ایجاد کند.
فناوری هیدروولتائیک چیست؟
فناوری هیدروولتائیک (HV) شاخهای نوظهور از تولید انرژی است که از برهمکنش آب با مواد خاص برای تولید برق استفاده میکند. برخلاف روشهای سنتی تولید برق از آب که به حرکت توربینها وابستهاند، این فناوری از فرایندهایی مانند تبخیر یا حرکت قطرات آب برای تولید مداوم انرژی استفاده میکند.
مسیر پیشرفت دستگاه از ۲۰۲۴ تا امروز
در سال ۲۰۲۴، محققان آزمایشگاه LNET موفق شدند نمونهای نانومقیاس از این دستگاه بسازند که از نانوستونهای سیلیکونی تشکیل شده بود و در آن، مایع در کانالهای بسیار ریز میان این ساختارها تبخیر میشد. اکنون، دو سال بعد، نسخه بهبود یافته این دستگاه نهتنها توان خروجی بیشتری نسبت به نمونههای مشابه دارد، بلکه میتواند جریان یونها در آب شور و جریان الکترونها در ساختار خود را نیز کنترل کند.
نقش همزمان نور و گرما در افزایش تولید انرژی
اثر گرما بر تبخیر پدیدهای شناختهشده است؛ وقتی آب گرم میشود، سریعتر تبخیر میشود و این موضوع در فناوری هیدروولتائیک نیز برای افزایش تولید برق به کار گرفته شده است. اما تیم تحقیقاتی به سرپرستی جولیا تاگلیابو نشان داد که نور نیز نقشی کلیدی در این فرایند دارد.
دستگاه ساختهشده از سیلیکون که ذاتا نیمهرساناست بهگونهای طراحی شده که فوتونهای نور، الکترونهای آن را برانگیخته میکنند. در همین زمان، گرما بار سطحی دستگاه را منفیتر میکند. این ترکیب همزمان نور و گرما باعث تقویت فرایند جداسازی بار الکتریکی میشود.
ساختار دستگاه سه لایه مجزا دارد؛ لایهای برای تبخیر آب شور، لایهای برای انتقال یونها و لایهای برای جمعآوری بار الکتریکی. تبخیر ناشی از گرما باعث جابهجایی یونها در آب میشود و جداسازی بار مثبت و منفی در مرز جامد و مایع رخ میدهد. همین جداسازی بار، میدان الکتریکی ایجاد میکند و در نهایت جریان برق در مدار شکل میگیرد.
عملکرد چشمگیر و اعداد قابل توجه
نتایج آزمایشها نشان داده است که ترکیب نور و گرمای خورشیدی میتواند تولید انرژی این دستگاه را تا ۵ برابر افزایش دهد. خروجی بهبود یافته در قالب ولتاژ ۱ ولت و چگالی توان ۰.۲۵ وات بر متر مربع ثبت شده که برای یک سیستم در این مقیاس عدد قابل توجهی محسوب میشود.
طراحی سهلایه همچنین به پژوهشگران کمک کرده مدلی نظری برای توضیح عملکرد دستگاه ارائه دهند و با تغییر غلظت نمک و تنظیم ساختار نانوستونها، توان خروجی را حتی بیشتر افزایش دهند.
حل یک مشکل مهم در دستگاههای مشابه
یکی از مشکلات رایج دستگاههای هیدروولتائیک در تماس با آب شور، تخریب مواد سازنده است؛ زیرا گرما و نور میتوانند واکنشهای شیمیایی ناخواسته ایجاد کنند. برای حل این مسئله، تیم تحقیقاتی روی نانوستونها پوشش اکسیدی قرار داد تا از واکنشهای مخرب جلوگیری شود و در عین حال عملکرد پایدار دستگاه حفظ شود.
چشمانداز کاربردها
پژوهشگران امیدوارند این فناوری راه را برای توسعه نسل جدیدی از دستگاههای خودتأمین باز کند؛ تجهیزاتی که بدون باتری و تنها با استفاده از آب، گرما و نور خورشید کار کنند. چنین سیستمی میتواند در ابزارهای پوشیدنی، حسگرهای محیطی و بسیاری کاربردهای دیگر مورد استفاده قرار گیرد. نتایج این پژوهش در مجله معتبر Nature Communications منتشر شده است.
نانودستگاه جدید سوئیسی نمونهای برجسته از پیشرفت فناوریهای انرژی پاک است؛ سیستمی که از یک پدیده ساده طبیعی یعنی تبخیر آب شور، با کمک نور و گرما برق تولید میکند. توانایی افزایش تولید انرژی تا پنج برابر، دستیابی به ولتاژ ۱ ولت و چگالی توان ۰.۲۵ وات بر متر مربع نشان میدهد این فناوری میتواند در آینده به یکی از گزینههای مهم تأمین انرژی پایدار تبدیل شود. اگر روند توسعه آن ادامه یابد، احتمال دارد در سالهای آینده شاهد تجهیزاتی باشیم که بدون نیاز به باتری و تنها با انرژی محیط کار میکنند؛ گامی مهم به سوی آیندهای پاکتر و هوشمندتر.
اخبار مشابه
اشتراک گذاری
ثبت دیدگاه
آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد. فیلدهای الزامی علامت گذاری شده اند *نظرات (0)
هیچ نظری ثبت نشده است.