پژوهشکده انرژیهای تجدیدپذیر

تولید برق به روش‌های باورنکردنی

همه می‌دانیم که محیط زیست زمین در خطر است و انسان، مقصر اصلی در بروز این مساله است. یکی از خطراتی که محیط زیست را تهدید می‌کند، پیامدهای روش‌های رایج تولید برق و انرژی در جهان است. این روش‌ها عمدتا مربوط به سال‌ها پیش و اولین تجربه‌های تولید انرژی بوده‌اند، اما لزوما بهترین روش نبوده‌اند. با گذشت سال‌ها، اکنون لازم است تجدیدنظر جدی در شیوه تولید برق صورت گیرد. جهان به سمتی پیش می‌رود که نیاز به الکتریسیته روز به روز افزایش پیدا می‌کند و منابع در دست بشر نیز رو به کاهش است. به همین دلیل،‌ انسان امروز برای دستیابی به اهداف توسعه پایدار به دنبال منابع تولید انرژی جدید است. در همین ارتباط،‌ امروز محققان به روش‌های نوینی در تولید برق دست یافته‌اند،‌ بخصوص تولید برق از منابع تجدیدپذیر کمک بزرگی به حفظ محیط زیست و حیات کره زمین در آینده خواهد بود. اگر انسان بخواهد تمدن خود را در کنار حفظ پایدار محیط زیست زمین حفظ کند، چاره‌ای جز استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر یا بازیافت منابع بدون استفاده نخواهد داشت.

شاید در نگاه اول، بسیاری از این منابع تامین انرژی عجیب یا غیرممکن به نظر برسند، اما تاکنون تحقیقات بسیاری روی منابع مختلف انجام شده و این نمونه‌ها، بهترین منابعی بوده‌اند که برای تولید برق در اطراف ما وجود دارند.

توپ فوتبال پرانرژی

تصور کنید، انرژی مورد نیاز برای روشن ماندن چراغ خانه از بازی فوتبال یک تیم تامین شود. گروهی از دانشمندان توپی طراحی کرده‌اند که انرژی جنبشی دریافتی را در خود ذخیره می‌کند و بعد از بازی می‌توان از این انرژی، انرژی الکتریکی تولید کرد. انرژی ذخیره شده حاصل از ۳۰ دقیقه بازی فوتبال می‌تواند، روشنایی نور یک لامپ را تا سه ساعت تامین کند. گرچه میزان برق تولید شده در این روش نسبت به روش‌های دیگر بسیار اندک است، اما ایده تولید انرژی به این روش، از پاک‌ترین و خلاقانه‌ترین روش‌های تولید برق است.

تولید برق از الکل قاچاق

کشور سوئد، سال گذشته حدود ۱۸۵ هزار گالن الکل حاصل از قاچاق غیرقانونی را مصادره کرده است. این کشور تصمیم گرفته، به جای از بین بردن این حجم از این ماده آن را به زیست‌توده کافی برای تولید انرژی تبدیل کند. انرژی حاصل از سوزاندن این حجم الکل برای بیش از هزار وسیله نقلیه از جمله اتوبوس، کامیون و حتی قطار کافی است.

از سال ۱۳۹۲/ ۲۰۱۳، اتوبوسرانی سوئد در بیش از ۱۲ شهر این کشور از اتوبوس‌هایی استفاده می‌کند که با برق تولید شده حاصل از زیست‌توده حرکت می‌کنند. همه این زیست‌توده فقط از طریق الکل قاچاق تامین نشده و از منابع دیگری مثل ضایعات کشاورزی، برخی انواع پسماندها و به طور کلی زباله‌هایی با منشا زیستی نیز استفاده شده است.

مهار امواج دریا برای تولید برق

امواج دریا می‌تواند منبع نامتناهی و پرقدرتی برای تولید برق باشد. کافی است یک سیم مسی انتخاب کنید و آن را به شکل لنگر در آورید، سپس یک نوار مغناطیسی اطراف آن بگذارید. حالا سیم را در آب دریا قرار دهید و خلاف جهت امواج حرکت دهید. در همین حالت،‌ شما در حال تولید جریان الکتریکی هستید. پیاده کردن همین ایده در ابعاد وسیع،‌ تولیدکننده انرژی الکتریکی از امواج دریا خواهد بود. امروز تحقیقات در زمینه استفاده از انرژی امواج به صورت گسترده آغاز شده و به نظر می‌رسد در آینده نزدیک می‌توان از این منبع نامتناهی حجم زیادی برق تولید کرد. تولید الکتریسیته به روش اقیانوس گرمایی، از دیگر راه‌های تولید برق در اقیانوس‌هاست. در این روش توربینی زیر آب‌های سطحی قرار می‌گیرد و با استفاده از تفاوت دمای بین آب سطحی و آب اعماق اقیانوس شروع به چرخش و تولید الکتریسیته می‌کند.

عروس دریایی براق

محیط اقیانوس‌ها بر اثر فعالیت انسانی هر روز اسیدی‌تر می‌شود و این معضل، باعث افزایش جمعیت عروس دریایی شده است. به همین دلیل، محققان سوئدی به فکر استفاده از آنها در راه منافع بشر افتاده‌اند. نوعی عروس دریایی که در سواحل آمریکای شمالی دیده می‌شود، نمونه خوبی برای تولید انرژی برق است.

این نوع عروس دریایی نوعی پروتئین فلورسنت سبز (GFP) در خود دارد که می‌تواند به تولید سلول‌های سوختی مینیاتوری کمک و برق مورد نیاز نوع خاصی از تجهیزات نانو پزشکی را تامین کند. این پروتئین داخل یک الکترود آلومینیومی قرار می‌گیرد و در معرض اشعه فرابنفش ده‌ها نانو آمپر برق برای این تجهیزات تولید می‌کند. این میزان برق در فناوری نانوزیستی اهمیت بسیاری دارد. توسعه سوخت زیستی می‌تواند به انجام تحقیقات بیشتر در حوزه فناوری‌های نانوزیستی بدون نیاز به تامین سوخت خارجی یا جریان الکتریکی منجر شود.

سرعت‌گیر یا برق‌گیر ؟!

بتازگی در یکی از شهرهای جنوب غرب انگلیس، سرعت‌گیرهایی نصب شده که با هر بار عبور وسیله نقلیه از روی آنها انرژی‌ای معادل پنج تا ۵۰ کیلووات تولید می‌شود. این میزان بستگی به وزن وسیله نقلیه عبوری دارد. این سرعت‌گیرها صفحاتی فلزی دارند که هنگام عبور خودرو فشرده می‌شوند و انرژی لازم را برای تولید برق به ژنراتور داخلی می‌دهند. طراحی و ساخت چنین ژنراتوری،‌ حدود ۱۲ سال طول کشیده و اکنون برق تولید شده در این فرآیند انرژی مورد نیاز چراغ‌های ترافیکی، علائم جاده‌ای و زیرساخت‌های شهری را تامین می‌کند.

تسخیر بادهای خورشیدی

اگر همچنان تمرکز خود را روی استفاده از منابع موجود در فضا بگذاریم، می‌توانیم به تولید انرژی از بادهای خورشیدی نیز فکر کنیم. بادهای خورشیدی، حجم زیادی از ذرات باردار دارند که با سرعت بسیار زیاد از خورشید خارج می‌شوند. این ذرات می‌تواند برای تولید الکتریسیته استفاده شود. بادبان‌های خورشیدی می‌توانند مقابل بادهای خورشیدی در فضا قرار بگیرند و به تولید الکتریسیته بپردازند. حجم انرژی تولیدی از این روش به ابعاد بادبان خورشیدی طراحی شده بستگی دارد و محدودیتی ندارد. بادبانی فقط به طول ۱۰ متر می‌تواند انرژی مورد نیاز برای تامین برق هزار خانواده را فراهم کند و بادبانی که ۸۰۰۰ مترمربع سطح داشته باشد، می‌تواند برقی معادل میلیاردها گیگاوات تولید کند؛ عددی که فکر کردن به آن هم آسان نیست و قطعا تولید این میزان انرژی به این روش برای زمین بسیار سودمند خواهد بود.

آژانس تحقیقات هوافضایی ژاپن برای نخستین بار بادبان خورشیدی ایکاروس (IKAROS) را سال ۱۳۸۹/ ۲۰۱۰ به مدار زمین فرستاد تا نخستین سازه‌ای باشد که از انرژی بادهای خورشیدی به عنوان نیروی محرکه استفاده می‌کند. ادامه تحقیقات این آژانس می‌تواند زمینه را برای انتقال این انرژی به زمین نیز فراهم کند. البته ایکاروس نمونه بسیار کوچکی است و نمی‌توان به استفاده از این فناوری در آینده نزدیک امیدوار بود.

تولید برق در ازدحام جمعیت

تعدادی از شهرهای جهان،‌ ایده جدید و عجیبی برای تولید برق پیاده کرده‌اند. ماجرا از این قرار است که گرمای به دام افتاده در محیط‌های بسته پررفت و آمد مثل مترو می‌تواند منبع خوبی برای تولید انرژی باشد. روزانه میلیون‌ها نفر در ایستگاه‌های زیرزمینی مترو رفت و آمد می‌کنند و گرمای زیادی بر اثر این حرکت ایجاد می‌شود. از انرژی این گرما می‌توان برای تامین برق خانه‌ها و مراکز اداری نزدیک ایستگاه‌های مترو استفاده کرد.

امروز یک فضای تجاری ۵/۲ میلیون مترمکعبی در آمریکا برق مورد نیاز برای روشنایی را از انرژی حاصل از رفت و آمد انسانی تامین می‌کند. احتمالا در آینده‌ای نه‌چندان دور ساختمان‌های بسیاری برق مورد نیاز خود را از انواع فعالیت‌های انسانی تامین می‌کنند.

تولید برق از حرکت نمازگزاران

مسلمانان جهان، هر شبانه‌روز پنج مرتبه فریضه نمازهای واجب را به جا می‌آورند و مساجد محلی برای برگزاری این فریضه به جماعت هستند. کشور ترکیه از این فرصت استفاده کرده و تصمیم به استفاده از انرژی جنبشی حرکت نمازگزاران برای تولید برق دارد. حرکت نمازگزاران و فشار بدن آنها روی زمین هنگام ادای نماز می‌تواند باعث تولید الکتریسته و در نتیجه برق شود. طراحان این سیستم خلاقانه کف و سقف مساجد را با صفحات خورشیدی پوشانده‌اند تا از این برق تولید شده استفاده بهینه شود. همچنین توربین‌های بادی روی مناره مسجد نصب می‌شود. چنین مسجدی می‌تواند حدود ۱۲۰ کیلووات برق تولید کند که ۵۰ کیلووات آن داخل مسجد قابل مصرف است. نمازگزاران مساجدی که چنین معماری‌ای دارند، می‌توانند گوشی‌های تلفن همراه خود را با همین برق شارژ کنند.

استفاده از انرژی خورشید در فضا

شاید هیجان‌انگیزترین و آینده‌نگرانه‌ترین راه تولید برق، استفاده از ارائه‌های خورشیدی شناور بر فراز سیاره زمین باشد. استفاده از این انرژی در کنار تولید برق، مزایای دیگری نیز برای ساکنان زمین دارد. با تامین برق مورد نیاز از صفحه‌های خورشیدی خارج از جو زمین، دیگر نیازی به ساخت سازه‌های بزرگ و اشغال منطقه‌ای بزرگ روی زمین نیست. از طرف دیگر، این انرژی وابسته به آب و هوای زمین نیست و تولید انرژی نوسانی در بازه‌های زمانی مختلف ندارد. به نظر می‌رسد، بشر راه زیادی برای استفاده از این منبع تامین انرژی دارد. انتقال برق به روش بدون سیم (Wireless)، محافظت در مقابل اشعه، حفاظت کافی در مقابل سنگ‌های سرگردان خارج از جو زمین و هزینه انتقال و نصب تجهیزات در مدار زمین، موانعی هستند که برای استفاده از این انرژی پیش روی انسان است، اما این روش تامین انرژی می‌تواند پس از هزینه برای راه‌اندازی اولیه، به قدری در تامین انرژی سودمند باشد که این هزینه‌ها نیز به سیستم بازگردد.

تولید برق از بی‌مصرف‌ترین زباله‌های جهان

ژاپن یکی از کشورهای شناخته شده در استفاده از فناوری روز دنیاست و به تولید برق از منابع عجیب و باورنکردنی شهرت دارد. به نظر می‌رسد،‌ این کشور برای تولید برق، راه‌های خلاقانه و متنوعی در پیش گرفته و در این زمینه در دنیا زبانزد است. تولید برق از زباله در نگاه اول، ایده‌ای دور از دسترس به نظر می‌رسد، اما ژاپن حتی به زباله‌ها برای تامین انرژی الکتریکی فکر کرده است. علاوه بر این، استفاده از زباله برای تولید انرژی،‌ باعث کاهش چشمگیر حجم زباله‌ها می‌شود و زمین‌های کمتری به دفن زباله اختصاص پیدا خواهد کرد.

ژاپن جمعیت پیری دارد و محققان ژاپنی تخمین می‌زنند که در سال‌های آینده، مصرف پوشک بزرگسالان این کشور افزایش وسیعی پیدا کند. یکی از دغدغه‌های سیاستگذاران این کشور، نحوه مدیریت و بازیافت حجم زیاد زباله‌ها و استفاده از این زباله‌ها برای تولید انرژی است. سیستم بازیافت این کشور پس از جداسازی پوشک‌ها، آنها را استریل می‌کند. سپس این پوشک‌ها در دستگاه‌های مخصوص پودر و به صورت قرص راهی کوره‌ها می‌شود. از هر کیلوگرم این مواد، حدود ۵۰۰۰ کیلوکالری انرژی به دست می‌آید که می‌توان انرژی گرمایی خانه‌ها و کارخانه‌ها را از آن به دست آورد. این انرژی به شکل زیست‌توده نیز برای استفاده در گرم کردن آب، گلخانه‌ها و کارخانه‌ها استفاده می‌شود.
سپیده شعرباف