منبع عظیم الکتریسیته شناور در هوا/ رویای دیوانه وار نیکولا تسلا

غزل زیاری: نیکولا تسلا، فیزیکدان معروف، سال ها پیش آرزو داشت که از فرآیندهایی که در ابرهای رعد و برق رخ می دهد برای تولید الکتریسیته از رطوبت موجود در هوا استفاده کند و اکنون پس از گذشت چند دهه از مرگ او، این ایده در آستانه تحقق است. .

هیچ کس در آزمایشگاه نمی توانست آنچه را که می بیند باور کند. یک سنسور رطوبت شروع به تولید سیگنال های الکتریکی کرده بود.

جون یائو، از دانشگاه ماساچوست آمهرست، گفت: به دلایلی دانشجویی که روی این دستگاه کار می کرد فراموش کرد آن را روشن کند. داستان از اینجا شروع شد.»

پنج سال از آن زمان می گذرد و یائو و همکارانش در حال توسعه فناوری هستند که می تواند از هوای مرطوب برق تولید کند. ایده ای به نام Hygroelectricity.

ایده Hygroelectricity از کجا آمد؟

این ایده ای است که سال ها درباره آن صحبت می شود. نیکولا تسلا و دیگران در گذشته در این زمینه تحقیقاتی انجام داده‌اند اما هرگز به نتایج امیدوارکننده‌ای دست نیافته‌اند، اما این رویه ممکن است به زودی تغییر کند.

گروه های تحقیقاتی متعددی در سراسر جهان در حال کشف راه های جدیدی برای تولید و برداشت الکتریسیته از مولکول های آبی هستند که به طور طبیعی در هوا شناور هستند. این شدنی است؛ زیرا مولکول های آب می توانند بارهای الکتریکی کوچکی را بین خود منتقل کنند و این فرآیند است که محققان در تلاش برای کنترل و تولید الکتریسیته کافی برای استفاده هستند. البته امید آنها تولید برق کافی برای کامپیوترهای مینیاتوری یا حسگرها با این روش است. این یک چشم‌انداز وسوسه‌انگیز است که شکل جدیدی از انرژی‌های تجدیدپذیر را ایجاد می‌کند که می‌تواند تقریباً 24 ساعته در اطراف ما شناور باشد.

در سال 2020، یائو و همکارانش مقاله‌ای علمی منتشر کردند که در آن توضیح می‌داد که چگونه نانوسیم‌های پروتئینی کوچک تولید شده توسط یک باکتری می‌توانند الکتریسیته را از هوا برداشت کنند. مکانیسم دقیق این امر هنوز مورد بحث است، اما به نظر می رسد که منافذ ریز در این ماده می توانند مولکول های آب شناور را به دام بیندازند. مولکول‌های آب می‌توانند وقتی مواد را بر روی آنها مالیده شوند، شارژ کنند.

یائو توضیح داد که در چنین سیستمی، بیشتر مولکول‌ها نزدیک به سطح می‌مانند و بار الکتریکی زیادی روی آن‌ها رسوب می‌کند و تنها تعداد کمی از مولکول‌ها به عمق بیشتری نفوذ می‌کنند. این باعث ایجاد اختلاف شارژ بین بالا و پایین لایه مواد می شود.. یائو گفت: با گذشت زمان، می بینید که جداسازی شارژ اتفاق می افتد. این دقیقا همان چیزی است که در ابرها اتفاق می افتد. در مقیاس بزرگتر و چشمگیرتر، ابرهای رعد و برق بارهای الکتریکی مخالفی ایجاد می کنند که در نهایت به صورت رعد و برق تخلیه می شوند.

این بدان معناست که می توان با تأثیرگذاری بر حرکت مولکول های آب و ایجاد شرایط مناسب برای جداسازی بار، الکتریسیته تولید کرد. یائو ادامه داد: «این دستگاه به معنای واقعی کلمه می تواند در هر نقطه از سیاره کار کند.

بیشتر بخوانید:

مقاله ای که نوک کوه یخ بود

در ماه مه 2023، یائو و همکارانش مقاله‌ای را منتشر کردند که در آن ساختاری مشابه پر از نانوحفره‌ها، اما با استفاده از مواد مختلف، از تکه‌های اکسید گرافیت و پلیمرها گرفته تا نانوالیاف سلولز مشتق شده از چوب، را تشریح کردند. همه این گزینه ها با تفاوت های جزئی نتیجه دادند. این بدان معنی است که ساختار از خود ماده مهمتر است.

در آزمایش‌هایی که تاکنون انجام شده، دستگاه‌هایی که نازک‌تر از موی انسان هستند، مقدار بسیار کمی الکتریسیته، برابر با کسری از ولت، تولید می‌کنند. یائو معتقد است که با تهیه مواد بیشتر یا قطعات اتصال، می توان بارهای بیش از چند ولت تولید کرد. حتی می‌توان آن را با مایعی ساخت که روی سطوح اسپری می‌شود تا منبع برق فوری فراهم کند.

رشما رائو، مهندس مواد در امپریال کالج لندن که در این تحقیق شرکت نداشت، گفت: “این واقعا هیجان انگیز است. انعطاف پذیری زیادی در نوع مواد قابل استفاده وجود دارد.”

البته، رائو هشدار داد که ایده استفاده از چنین فناوری برای تامین انرژی کل ساختمان‌ها یا ماشین‌هایی مانند ماشین‌ها ممکن است واقع بینانه نباشد و شاید بتوان از رطوبت آن برای تامین انرژی اینترنت دستگاه‌هایی مانند حسگرها یا وسایل الکترونیکی پوشیدنی کوچک استفاده کرد.

مدعیان صف می کشند

تیم تحقیقاتی یائو تنها تیمی است که تاکنون هوای مرطوب را به عنوان منبع انرژی بالقوه بررسی کرده است. در سال 2020، گروه دیگری با عبور هوای مرطوب بین دو قطعه فلز موفق به جمع آوری برق شدند. هوای مرطوب هنگام عبور از روی فلز، باری را روی آن ایجاد کرد.

این پدیده اولین بار در سال 1840 ثبت شد. در این زمان، یک راننده قطار در کولیری در شمال نیوکاسل، هنگام کار با موتور، احساس سوزن سوزن شدن عجیبی در دستان خود کرد. کمی بعد متوجه جرقه کوچکی بین انگشتش و یکی از اهرم های ماشین شد. بازرسان در حال بررسی این حادثه به این نتیجه رسیدند که مالش بخار به فلز دیگ موتور باعث ایجاد شارژ شده است.

کالین پرایس، محقق اتمسفر، یکی از نویسندگان مقاله 2020، گفت که بارهای تولید شده در آزمایشات آزمایشگاهی با قطعات کوچک فلز بسیار کوچک است. با این حال، او گفت که او و همکارانش برای بهبود این سیستم تلاش می کنند.

یک محدودیت ممکن است این باشد که آنها به رطوبت 60٪ یا بیشتر نیاز دارند. در شرایطی که دستگاه توسط یائو و همکارانش شروع به تولید برق در رطوبت حدود 20 درصد کرد.

از سوی دیگر، تیمی در پرتغال در حال کار بر روی پروژه ای با بودجه اتحادیه اروپا به نام پروژه CATCHER است که هدف آن استفاده از هوای مرطوب به عنوان منبع انرژی است. در همین راستا، Svitlana Liubchik، دانشمند مواد در دانشگاه Lusofuna در پرتغال، مسئول هماهنگی این پروژه و موسس Cascata Chuva، گفت: فکر می کنم نمونه اولیه مهندسی تا پایان سال جاری آماده شود. “

آندری لیوبچیک، پسرش، که او نیز یکی از بنیانگذاران این شرکت است، ویدئویی از یک لامپ LED کوچک که روشن و خاموش می شود، منتشر کرده است که در آن یک دیسک خاکستری به قطر حدود 4 سانتی متر ساخته شده از اکسید کربن را در دست گرفته است. زیرکونیوم او توضیح می‌دهد که این ماده می‌تواند مولکول‌های آب را از هوای مرطوب جذب کرده و به دام بیاندازد و آنها را مجبور به عبور از کانال‌های کوچک کند. به گفته وی، در این روش بار الکتریکی تولید می شود که برای تامین ولتاژ 1.5 ولت از یک دیسک کافی است و با استفاده از دو دیسک، برای روشن شدن یک لامپ LED کافی خواهد بود. به گفته وی، با افزودن قطعات بیشتر در یک زنجیر می توان به نتایج بزرگ تری نیز دست یافت.

اگرچه برخی اطلاعات در مورد این کار به صورت آنلاین در دسترس است، اما جزئیات کامل در مورد آخرین آزمایشات این تیم هنوز منتشر نشده است. اعضای گروه همچنین از به اشتراک گذاشتن مطالبی که نشان می دهد دیسک ها چگونه به LED متصل شده و برای روشن کردن آن استفاده می شود، خودداری کرده اند.

هنوز سؤالات زیادی در مورد مکانیسم اساسی پشت همه این تلاش‌های هیدروالکتریک وجود دارد، و رائو می‌گوید هنوز تحقیقات زیادی بر اساس این کار باید انجام شود. در این میان بحث بازاریابی نیز مطرح است. به گفته سارا جردن، مهندس عمران در دانشگاه مک گیل کانادا که مبادلات زیست محیطی و اقتصادی در تصمیم گیری های انرژی را مطالعه می کند، هرکسی که به دنبال تجاری سازی چنین فناوری است باید از ظرفیت تولید کافی و رقابت در هزینه در مقایسه با سایر انرژی های تجدیدپذیر اطمینان حاصل کند.

فناوری‌های جاافتاده‌تر در انرژی‌های تجدیدپذیر، مانند باد و خورشید، شروع خوبی دارند و احتمالاً در دهه آینده اهمیت بیشتری خواهند یافت. در زمانی که دور شدن و حذف سوخت های فسیلی بیش از هر زمان دیگری ضروری خواهد بود.

علیرغم چالش های پیش رو، رائو معتقد است روزنه ای از امید وجود دارد که این مواد جدید مولد انرژی از تحقیقات در زمینه برق رطوبتی پدیدار شوند.

آبنما: بی بی سی

۵۸۵۸