تبدیل چوب به باتری خورشیدی؛ تولید برق حتی پس از غروب آفتاب
پژوهشگران با تغییر ساختار چوب در مقیاس نانو، مادهای ساختهاند که میتواند نور خورشید را جذب، آن را به صورت گرما ذخیره و حتی پس از تاریکشدن هوا، برق تولید کند. این فناوری بازده تبدیل انرژی ۹۱ درصدی دارد و در برابر آتش، آب و باکتری مقاوم است.
جهان صنعت نیوز، وبگاه اینترستینگ اینجینییِرینگ در گزارشی آورده است:
انرژی خورشیدی یک نقطه ضعف ساده اما آزاردهنده دارد: با غروب خورشید ناپدید میشود. حتی پیشرفتهترین سامانهها هم با این واقعیت دستوپنجه نرم میکنند. دانشمندان مدتهاست تلاش میکنند با ذخیره انرژی خورشیدی به صورت گرما، این مشکل را حل کنند؛ اما دستیابی به بازده بالا در این فرآیند دشوار بوده است.
بیشتر طرحها بر انباشتن مواد مختلف روی هم متکی هستند؛ یکی برای جذب نور خورشید، یکی دیگر برای ذخیره گرما و یکی دیگر برای محافظت از سامانه. این لایهها به صورت یکپارچه کار نمیکنند و در هر مرحله انرژی هدر میرود.؛ اما پژوهشگران چینی در مطالعهای که در مجله اَدوَنسد انِرجی مَتریالز/ Advanced Energy Materials منتشر شده است، رویکردی کاملاً متفاوت در پیش گرفتهاند. آنها به جای مونتاژ چندین بخش مجزا، چوب را به یک سامانه خورشیدی همهکاره تبدیل کردهاند.
چوبی که از درون بازسازی شد
پژوهشگران با چوب بالسا شروع کردند؛ نه به خاطر استحکام آن، بلکه به دلیل ساختار درونیاش. چوب بالسا در زیر میکروسکوپ، شبیه دستهای از لولههای ریز همراستا به نظر میرسد. این کانالها میتوانند گرما را هدایت و مواد را در خود نگه دارند.
چوب خام نور خورشید را بازتاب میدهد و آب را جذب میکند؛ بنابراین پژوهشگران ابتدا مادهای به نام لیگنین (که به چوب رنگ و استحکام میبخشد) را از آن جدا کردند. این کار باعث شد چوب مانند یک اسفنج بسیار متخلخل شود.
سپس به جای سوزاندن چوب، سطوح داخلی آن را با مهندسی شیمیایی تغییر دادند. دیواره کانالها را با لایههای فوقنازک فسفر سیاه پوشاندند؛ این ماده نور خورشید را جذب و به گرما تبدیل میکند. فسفر سیاه در هوا زود خراب میشود، اما پژوهشگران هر نانوورقه را در یک لایه محافظ پیچیدند. این لایه مانند یک سپر عمل میکند و ماده حتی پس از ۱۵۰ روز قرارگرفتن در معرض نور خورشید، پایدار میماند.
ذخیرهسازی با دوام، کارآمد و ضد آب
سپس تیم، نانوذرات نقره را اضافه کرد که جذب نور را افزایش میدهد. در نهایت، مادهای روی سطح چوب اضافه کردند تا آن را ضد آب کند. به طوری که آب به سادگی از روی آن میغلتید.
پس از آماده شدن چوب، محققان کانالها را با اسید استئاریک (نوعی چربی طبیعی) پر کردند. این ماده هنگام گرما ذوب میشود و انرژی ذخیره میکند و هنگام سرد شدن، جامد میشود و انرژی آزاد میکند.
نتایج شگفتانگیز بود:
ذخیره حدود ۱۷۵ کیلوژول گرما به ازای هر کیلوگرم؛
تبدیل ۹۱ درصد نور خورشید به گرمای قابل استفاده؛
هدایت گرما ۳.۹ برابر کارآمدتر از چوب معمولی؛
تولید تا ۰.۶۵ ولت برق در ترکیب با یک مولد برق حرارتی.
چوبی که حتی پس از غروب خورشید برق تولید میکند
وقتی نور خورشید به این ماده میتابد، آن را گرم میکند و اسید استئاریک درون آن ذوب میشود. وقتی نور قطع میشود، گرمای ذخیرهشده بهتدریج آزاد میگردد و سامانه میتواند حتی پس از خاموششدن نور به تولید برق ادامه دهد؛ علاوه بر این، این ماده بسیار بادوام است به طوری که پس از ۱۰۰ بار ذوب و انجماد، عملکردش تقریباً تغییری نکرد. همچنین در برابر آتش مقاوم است و سطح آن از رشد باکتری جلوگیری میکند.
آینده انرژی خورشیدی با چوب
این طراحی، راهی ساده برای ساخت یک سامانه خورشیدی بسیار کارآمد نشان میدهد. در اینجا، چوب فقط یک ساختار پشتیبان نیست؛ بلکه نور خورشید را جذب، گرما را ذخیره و از خود محافظت میکند.
کاربرد این ایده فقط به انرژی خورشیدی ختم نمیشود و طرحهای مشابه ممکن است به مدیریت گرما در لوازم الکترونیکی، بهبود مصالح ساختمانی یا ساخت سامانههای کوچک برق برای مناطق دورافتاده کمک کند.
البته این ایدهها هنوز به مرحله عمل نرسیدهاند؛ پیش از آن، پژوهشگران باید از عملکرد این سامانه در مقیاس بزرگ و با بازده انرژی مطلوب مطمئن شوند.
منبع: ایرنا
دانش و فناوریلینک کوتاه :