همه منابع انرژی به یک اندازه در دسترس نیستند: انرژی خورشیدی به آب و هوا بستگی دارد، باد به چشم انداز بستگی دارد، و انرژی آبی به زیرساخت نیاز دارد. در مقابل این پس زمینه، محققان به طور فزاینده ای به فرآیندهایی روی می آورند که تقریباً در همه جا اتفاق می افتد. تبخیر آب چنین فرآیندی است. در مقاله رامبلر، در مورد چگونگی یادگیری دانشمندان برای تولید برق از این طریق بخوانید.
چرا تبخیر می شود؟
ترمودینامیک تبخیر برای مدت طولانی شناخته شده است: هنگامی که آب از مایع به بخار تبدیل می شود، مقدار قابل توجهی گرما مورد نیاز است – حدود 2250 ژول در هر گرم. این انرژی است که آب هنگام تبخیر از محیط می گیرد و باعث کاهش دمای سطح و ایجاد اختلاف دما می شود.
آب به طور مداوم تبخیر می شود – از رودخانه ها، دریاچه ها، اقیانوس ها، خاک، گیاهان و حتی از سطح پوست – و این بدون توجه به زمان روز اتفاق می افتد، تا زمانی که حرکت گرما و هوا وجود داشته باشد. بر خلاف پنل های خورشیدی که به نور خورشید یا توربین های بادی وابسته به باد وابسته هستند، تبخیر می تواند تقریباً در هر جایی با سطح مرطوب و گرم رخ دهد. این موضوع آن را به یک منبع انرژی بالقوه پایدار اما نسبتاً کم شدت تبدیل می کند.
مولد بخار چگونه کار می کند؟
دستگاه های مدرنی که تبخیر را به الکتریسیته تبدیل می کنند بر پایه ژنراتورهای ترموالکتریک (TEG) هستند. آنها بر اساس یک اصل ساده کار می کنند: اختلاف دما بین دو سطح یک ولتاژ ایجاد می کند.
کشف خارق العاده دانشمندان در مورد شبیه سازی ژن
یکی از رویکردها که توسط محققان دانشگاه چینی هنگ کنگ و دانشگاه ملی سنگاپور توصیف شده است، در مجله Popular Mechanics منتشر شده است. ساخت زیر را فرض می کند:
- دو سینک حرارتی در دو طرف ژنراتور ترموالکتریک قرار داده شده است.
- یکی از آنها به ژل پلی وینیل الکل متخلخل (PVA) متصل می شود که به طور مداوم خیس می شود.
- آب از سطح ژل تبخیر می شود و آن را خنک می کند.
- طرف دیگر در دمای محیط باقی می ماند.
این گرادیان دما بین سمت گرم و سرد، انرژی لازم برای تولید الکتریسیته را بدون حرکت قطعات مکانیکی فراهم می کند. در مرحله آزمایش آزمایشگاهی، چنین سیستمی فقط قادر به تولید سطوح میکروسکوپی انرژی است، به عنوان مثال برای انرژی دادن به نمایشگرها یا حسگرهای کوچک کافی است.
با این حال، دانشمندان چشم انداز افزایش تولید برق را مشاهده کرده اند. نویسندگان تخمین می زنند که با بهینه سازی مواد و طراحی، پتانسیل می تواند ده برابر افزایش یابد.
مزایا و محدودیت های تکنولوژی
مطلوب:
- تبخیر فرآیندی است که در همه جا اتفاق می افتد، به ویژه در مناطق گرم و مرطوب که تحت تأثیر نور مستقیم خورشید یا باد قرار نمی گیرند.
- عدم وجود قطعات متحرک همانطور که در AZoCleantech گزارش شده است، تجهیزات را ساده کرده و هزینه های عملیاتی را کاهش می دهد.
- ممکن است فقط برای کارهای با قدرت بالا مناسب نباشد، اما می تواند برای دستگاه های میکرو – حسگرها، ابزارهای پوشیدنی، دستگاه های اینترنت اشیا مفید باشد.
حد:
- راندمان فعلی چنین سیستم هایی بسیار پایین است – حدود 0.1٪ از انرژی تبخیری به برق تبدیل می شود و این قابل مقایسه با مراحل اولیه توسعه سایر فناوری های تجدیدپذیر است.
- دستگاه برای تبخیر به یک منبع ثابت آب نیاز دارد که بدون آن اثر از بین می رود.
- برای تبدیل شدن به یک منبع انرژی رقابتی در مقیاس، بهینه سازی قابل توجه مواد، طراحی و ادغام با سایر منابع مورد نیاز است.
چنین فناوری هایی در کجا می توانند مفید باشند؟
محتمل ترین کاربردهای اولیه برای ژنراتورهای تبخیری در مناطقی است که نیاز به منبع تغذیه پیوسته، هرچند کوچک، بدون نیاز به باتری یا سیم دارند:
- وسایل الکترونیکی پوشیدنی – مانیتورهای سلامت، حسگرهای پزشکی، ساعتها میتوانند تا حدی توسط رطوبت خود یا محیط تغذیه شوند.
- حسگرهای محیطی – خاک، آب و هوا، کیفیت هوا را در مکانهای دور که تعویض باتریها دشوار است، کنترل میکنند.
- دستگاه های اینترنت اشیا کم مصرف نیاز به کار برای مدت طولانی بدون نیاز به تعمیر و نگهداری دارند.
در آینده، ممکن است کارهای جاه طلبانه تری با استفاده از تبخیر از توده های بزرگ آب یا تاسیسات صنعتی برای تولید انرژی وجود داشته باشد. اما چنین پروژه هایی هنوز مفهومی هستند و نیاز به سالها توسعه فنی دارند.
قبلاً در مورد اینکه چه زمانی انرژی نامحدود خواهیم داشت نوشتیم.