روشی نوین برای تولید برق از «آب باران»

وقتی قطرات آب به پایین یک لوله می‌ریزند، ممکن است چیزی بیشتر از یک جریان ساده در حال رخ دادن باشد. پژوهشگران موفق شده‌اند از همین حرکت ساده، برق تولید کنند، آن‌هم با سازوکاری متفاوت از نیروگاه‌های آبی مرسوم.

به گزارش ایسنا، الکتریسیته معمولا با چرخش توربین در اثر جریان زیاد آب تولید می‌شود، اما چنین سامانه‌هایی به منابع بزرگی از آب مانند رودخانه‌ها نیاز دارند. در مقابل، حرکت آب در مقیاس‌های کوچکتر، مثلا در اثر باران یا جریان قطره‌ای، پتانسیلی دارد که تاکنون کمتر به آن توجه شده است. علت این پتانسیل، پدیده‌ای به نام «جداسازی بار الکتریکی» است؛ زمانی که آب در تماس با سطوح خاصی حرکت می‌کند، بارهایی در سطح آب و لوله ایجاد می‌شود که می‌توان از آن‌ها برای تولید برق استفاده کرد.

پژوهشگران دریافته‌اند که راندمان این روش در حالت عادی بسیار پایین است، چون تنها سطح تماس آب با دیواره لوله مؤثر است. برای افزایش سطح تماس، پیش‌تر کانال‌های بسیار ریز ساخته شده بود، ولی جریان طبیعی آب از چنین کانال‌هایی عبور نمی‌کند و اگر به زور پمپ شود، انرژی مصرفی بیشتر از انرژی تولیدی است. به همین دلیل، گروهی از محققان از جمله دکتر «سیو لینگ سو» و همکارانش در دانشگاه ملی سنگاپور، تصمیم گرفتند مسیری جدید را امتحان کنند: استفاده از لوله‌هایی با قطر بزرگ‌تر که باران طبیعی بتواند از آن عبور کند.

آن‌ها لوله‌ای پلاستیکی به ارتفاع حدود ۳۲ سانتی‌متر و قطر ۲ میلی‌متر طراحی کردند. قطرات آب از یک سوزن فلزی در بالای لوله به داخل آن چکه می‌کردند و به دلیل برخورد مستقیم با سطح داخلی، به‌جای جریان پیوسته، الگویی به نام «جریان شاخه‌ای» یا «پلاگ‌فلو» شکل می‌گرفت؛ یعنی ستون‌های کوتاه آب که با فضاهای پر از هوا از هم جدا شده بودند. این ساختار باعث افزایش جداسازی بار الکتریکی در طول لوله شد. دو سیم در بالای لوله و پایین آن قرار داده شدند تا بار تولیدشده را جمع‌آوری کنند.

نتایج آزمایش که توسط انجمن شیمی آمریکا (ACS) منتشر شده‌اند، نشان دادند که این روش بیش از ۱۰ درصد انرژی پتانسیل قطرات آب را به الکتریسیته تبدیل می‌کند. همچنین نسبت به حالتی که آب به‌صورت پیوسته جریان دارد، میزان برق تولیدی بیش از ۵ برابر بیشتر بود. جالب این‌که در این آزمایش، سرعت قطرات بسیار کمتر از باران واقعی بود، بنابراین این فناوری می‌تواند در شرایط طبیعی بارندگی عملکرد بهتری داشته باشد.

در آزمایشی دیگر، زمانی که آب همزمان از دو لوله عبور داده شد، میزان برق تولیدشده دو برابر شد. بر این اساس، محققان چهار لوله به کار بردند و توانستند به مدت ۲۰ ثانیه، ۱۲ چراغ LED را روشن نگه دارند. این دستاورد نشان می‌دهد که انرژی حاصل از پلاگ‌فلو می‌تواند ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر از نیروگاه‌های آبی سنتی باشد و برای محیط‌های شهری مانند پشت‌بام ساختمان‌ها مناسب است.

اهمیت این فناوری در سادگی آن نهفته است؛ درواقع بدون نیاز به پمپ یا توربین، فقط با لوله‌ای ساده و طراحی هوشمندانه می‌توان از باران برق گرفت.

این ایده به‌ویژه برای مناطق شهری یا مناطقی با بارندگی متوسط، می‌تواند کاربردی و قابل گسترش باشد. همچنین در شرایط بحران یا در مناطقی که به شبکه برق دسترسی ندارند، این فناوری می‌تواند یک راه‌حل سریع و مؤثر به حساب آید.

*