دانشمندان باران در حال باریدن را به برق تبدیل می‌کنند!

یک تیم تحقیقاتی روشی هوشمندانه برای تبدیل قطرات آب در حال سقوط – مانند قطرات باران – به الکتریسیته قابل استفاده کشف کرده است. آن‌ها با هدایت قطرات از طریق یک لوله عمودی باریک برای ایجاد “جریان پلاگ” (Plug flow)، توانستند بارهای الکتریکی را جدا کرده و انرژی را با بازدهی شگفت‌انگیزی برداشت کنند. این تنظیمات ساده نه‌تنها بر ناکارآمدی روش‌های سنتی جداسازی بار غلبه کرد، بلکه انرژی کافی برای روشن کردن ۱۲ چراغ LED تولید کرد. این سیستم نوآورانه با کاربردهای بالقوه در پشت‌بام‌ها و محیط‌های شهری، می‌تواند جایگزینی پایدار و کم‌هزینه برای نیروی برق آبی ارائه دهد.

مهار الکتریسیته ساکن در حرکت!

هنگامی که دو ماده با یکدیگر تماس پیدا می‌کنند، بارهای روی سطح آن‌ها می‌توانند جابجا شوند – یک مثال آشنا الکتریسیته ساکنی است که هنگام مالیدن یک بادکنک به پوست خود احساس می‌کنید. به طور مشابه، هنگامی که آب روی سطوح خاصی جریان می‌یابد، می‌تواند بار الکتریکی را جذب یا از دست بدهد. اکنون، محققانی که امروز (۲۷ فروردین ۱۴۰۴) نتایج کار خود را در مجله ACS Central Science گزارش داده‌اند، از این اثر برای تولید الکتریسیته با استفاده از قطرات شبیه باران که از طریق یک لوله باریک جریان می‌یابند، بهره برده‌اند. این سیستم انرژی کافی برای روشن کردن ۱۲ چراغ LED تولید می‌کند.

سیولینگ سوه، نویسنده مسئول این مطالعه می‌گوید:

آبی که از طریق یک لوله عمودی سقوط می‌کند، با استفاده از یک الگوی خاص از جریان آب: جریان پلاگ، مقدار قابل توجهی الکتریسیته تولید می‌کند. این الگوی جریان پلاگ می‌تواند امکان برداشت انرژی باران برای تولید برق پاک و تجدیدپذیر را فراهم کند.

چرا نیروی برق آبی سنتی ناکارآمد است؟

نیروی برق آبی معمولی با حرکت دادن حجم زیادی از آب برای چرخاندن توربین‌ها کار می‌کند. اما این روش فقط در مکان‌هایی با آب فراوان مانند رودخانه‌ها کارآمد است. برای جریان‌های آبی کوچک‌تر و کندتر، محققان یک جایگزین را بررسی کرده‌اند: جداسازی بار. این فرآیند با جریان یافتن آب از طریق کانالی که با یک سطح رسانا پوشیده شده است، الکتریسیته تولید می‌کند. با این حال، این روش بسیار ناکارآمد است زیرا بار فقط در سطحی که آب با آن تماس دارد، جمع می‌شود.

برای بهبود کارایی، دانشمندان سعی کرده‌اند از کانال‌های میکرو و نانومقیاس برای افزایش سطح استفاده کنند. اما این کانال‌ها آنقدر کوچک هستند که آب به راحتی از آن‌ها عبور نمی‌کند – و پمپ کردن آب از طریق آن‌ها انرژی بیشتری از آنچه سیستم تولید می‌کند، مصرف می‌کند. برای حل این مشکل، سوه، چی کیت آئو و تیمشان به دنبال راهی برای تولید الکتریسیته با استفاده از کانال‌های بزرگ‌تر بودند که آب باران بتواند به طور طبیعی از آن‌ها عبور کند.

طراحی یک ژنراتور برق با جریان پلاگ

این تیم یک تنظیمات ساده طراحی کرد که در آن آب از پایین یک برج از طریق یک سوزن فلزی جریان می‌یافت و قطراتی به اندازه باران را به دهانه یک لوله پلیمری عمودی به طول ۱۲ اینچ (۳۲ سانتی‌متر) و عرض ۲ میلی‌متر می‌پاشید. برخورد مستقیم قطرات در بالای لوله باعث ایجاد جریان پلاگ می‌شد: ستون‌های کوتاه آب که با حباب‌های هوا از هم جدا شده بودند. با جریان یافتن آب در داخل لوله، بارهای الکتریکی جدا می‌شدند. سپس آب در یک فنجان زیر لوله جمع‌آوری می‌شد. سیم‌های قرار داده شده در بالای لوله و در فنجان، الکتریسیته را برداشت می‌کردند.

افزایش چشمگیر کارایی

سیستم جریان پلاگ بیش از ۱۰ درصد از انرژی آب در حال سقوط از طریق لوله‌ها را به الکتریسیته تبدیل و در مقایسه با جریان مداوم آب، جریان قالبی ۵ مرتبه بیشتر الکتریسیته تولید کرد. از آنجایی‌که سرعت قطرات آزمایش شده بسیار کندتر از باران بود، محققان پیشنهاد می‌کنند که از این سیستم می‌توان برای برداشت الکتریسیته از قطرات باران در حال سقوط استفاده کرد.

در آزمایش دیگری، محققان مشاهده کردند که حرکت دادن آب از طریق دو لوله، چه به‌طور همزمان و چه به طور متوالی، دو برابر انرژی تولید می‌کند. با استفاده از این اطلاعات، آن‌ها آب را از طریق چهار لوله هدایت کردند و این تنظیمات به طور مداوم به مدت ۲۰ ثانیه ۱۲ چراغ LED را روشن نگه داشت. محققان می‌گویند که انرژی جریان پلاگ ممکن است راه‌اندازی و نگهداری ساده‌تری نسبت به نیروگاه‌های برق آبی داشته باشد و می‌تواند برای فضاهای شهری مانند پشت‌بام‌ها مناسب باشد.

منبع: Scitechdaily