منابع ‌آينده انرژي

واضح آرشیو وب فارسی:سایت دانلود رایگان: جام جم آنلاين: تلاش براي دستيابي به منابع جديد توليد انرژي به يك حركت جهاني تبديل شده است. در اين ميان ايده‌هاي عجيب زيادي نيز مطرح مي‌شوند كه شايد هيچ‌گاه به واقعيت نپيوندند، اما اگر هر يك از آنها درست از آب در آيند به جرأت مي‌توان گفت امنيت توليد انرژي تا حد چشمگيري بهبود پيدا مي‌كند.

اگر سري به آزمايشگاه‌هاي پيشرفته سراسر جهان بزنيم شمار زيادي از دانشمندان را مي‌بينيم كه روي اين مقوله كار مي‌كنند. تلاش آنها از ارزش و اهميت بالايي برخوردار است و استقبال خوبي در محافل علمي سراسر جهان از آنها مي‌شود. با اين حال تاكنون اتفاق چندان خبرسازي روي نداده است. آنچه در اين ميان از اهميت خاصي برخوردار است لزوم ارائه ابتكار عمل‌ها و خلاقيت‌هايي است كه بازي پر فراز و نشيب توليد انرژي به روش‌هاي نو را به سرانجامي مناسب برسانند. برخي از اين ايده‌ها در نوع خود بسيار خيالپردازانه و دور از دسترس به نظر مي‌رسند.
ماهواره‌هايي كه پرتوهاي خورشيدي را به سمت زمين منعكس مي‌كنند يا توربين‌هاي بادي معلق در آسمان كه در ارتفاع زيادي از سطح زمين پرواز مي‌كنند، به گردش در مي‌آيند و الكتريسيته توليد مي‌كنند از جمله اين ايده‌هاي رويايي به شمار مي‌آيند.

توليد برق از همجوشي هسته‌اي

فيزيكدانان و مهندسان دهه‌هاست روي ايده مهمي همچون توليد انرژي از همجوشي هسته‌اي كار مي‌كنند. اين همان فرآيندي است كه در قلب خورشيد روي مي‌دهد و به آزادسازي مقادير عظيمي از انرژي منجر مي‌شود، اما مشكل بزرگي وجود دارد كه موجب شده تاكنون اين ايده در مقياس كلان و به عنوان شيوه‌اي مؤثر براي توليد انرژي به كار گرفته نشود.
اين تكنيك بايد به گونه‌اي اجرا شود كه واكنش‌هاي انجام شده بيش از ميزان انرژي كه براي ايجادشان صرف مي‌شود، انرژي توليد كنند يا به عبارتي، از بعد انرژيكي توجيه منطقي داشته باشند.
دانشمندان تأسيسات ملي احتراق در ليورمور كاليفرنيا با ايده جديدي براي استفاده از اين روش خارق‌العاده توليد انرژي به ميدان آمده‌اند. آنها قصد دارند از همجوشي هسته‌‌‌اي براي انجام عمل شكافت اتمي استفاده كنند. در اين رهگذر انرژي هنگفتي آزاد مي‌شود كه با استفاده از آن مي‌توان رآكتورهاي هسته‌اي رايج را راه‌اندازي كرد. ادوارد موسز، مدير اين پروژه مي‌گويد مي‌توان خوشبين بود كه تا 20 سال آينده نخستين تاسيسات آزمايشي توليد برق مبتني بر اين روش راه‌اندازي شود.
در اين طرح كه خيلي‌ها آن را فراتر از زمان خود ارزيابي‌ مي‌كنند، پالس‌هاي ليزري باعث آغاز واكنش‌هاي همجوشي ضعيفي در مركز محفظه احتراق هسته‌اي مي‌گردد و علاوه بر توليد انرژي مختصري در مقايسه با انرژي نهايي توليد شده در رآكتور، موجي از نوترون‌هاي آزاد را منتشر مي‌سازد. تشعشع نوتروني باعث آغاز فرآيند شكافت هسته‌اي در پوششي از اورانيوم يا هر سوخت هسته‌اي ديگري خواهد شد كه چون تيوپي، محفظه اصلي را در بر گرفته است. انرژي حاصل از شكافت هسته‌اي در اين طرح حدودا 4 برابر انرژي حاصل از همجوشي هسته‌اي خواهد بود.

توليد بنزين از خورشيد

خورشيد، بزرگ‌ترين منبع توليد انرژي است كه ما در نزديكي خود مي‌شناسيم. يك ساعت انرژي توليد شده در خورشيد، فراتر از نياز تمام جمعيت زمين در مدت يك سال است. حالا اگر دانشمندان بتوانند راهي پيدا كنند كه تنها مقادير اندكي از اين ميزان انرژي را به سوخت مايع تبديل كنند وابستگي‌مان به سوخت‌هاي فسيلي از بين رفته و به دنبال آن توسعه سيستم حمل و نقل با سرعت بيشتري دنبال مي‌شود. در عين حال مشكلات زيست‌محيطي ناشي از استفاده از سوخت‌هاي فسيلي نيز از ميان خواهد رفت. اما چگونه؟
ناتران لويس، مدير مركز فتوسنتز مصنوعي انستيتو فناوري كاليفرنيا مي‌گويد: احتمالا سوخت‌هاي شيميايي كليد اصلي اين تغيير خواهند بود به شرط آن كه بتوان آنها را مستقيم و با قيمتي ارزان از انرژي خورشيدي توليد كرد. در آزمايشگاه‌هاي ملي سانديا در آمريكا اقدامات جالب توجهي صورت گرفته است.
نكته: اگر دانشمندان بتوانند راهي پيدا كنند كه تنها مقادير اندكي از انرژي خورشيدي را به سوخت مايع تبديل كنند وابستگي‌مان به سوخت‌هاي فسيلي از بين رفته و مشكلات زيست‌محيطي ناشي از استفاده از سوخت‌هاي فسيلي نيز از ميان برداشته خواهد شد
محققان اين مركز بشقابي به عرض 6 متر را كه پوشيده از آينه است، در قلب نيومكزيكو كار گذاشته‌اند. اين بشقاب بزرگ پرتوهاي خورشيدي را روي سيلندري نيم متري متمركز مي‌كند كه شباهت زيادي به يك بشكه كوچك دارد. آينه‌هايي كه در اين بشقاب قرار دارند، نور خورشيد را روي يك سري حلقه‌هاي متقارن متحدالمركز ـ كه هر دقيقه يك بار مي‌چرخند ـ منعكس مي‌كنند. در اين حلقه‌ها دندانه‌هايي از جنس اكسيد آهن (زنگ آهن) يا اكسيد سريم (cerium) وجود دارد كه تا 1500 درجه سليسيوس داغ مي‌شوند. اين گرماي قابل توجه، اكسيژن را از زنگ آهن خارج مي‌كند و باعث تركيب آن با بخار آب و هواي ورودي مي‌شود. همزمان كه اين دندانه‌ها ضمن چرخش و ورود به بخش تاريك سيلندر بتدريج خنك مي‌شوند عمليات اكسيداسيون آغاز مي‌شود و اكسيژن مجدد به بافت آهني باز مي‌گردد كه در نتيجه آن مقاديري منوكسيدكربن يا هيدروژن داغ و غني از انرژي برجاي مي‌ماند.
تركيب ياد شده با عنوان گاز تركيبي شناخته مي‌شود كه اساس مولكولي توليد سوخت‌هاي فسيلي، مواد شيميايي و حتي پلاستيك‌ها نيز به شمار مي‌آيد. اين فرآيند در زمان توليد مقادير زيادي دي‌اكسيدكربن از اتمسفر زمين جذب مي‌نمايد و سوخت توليدي در زمان سوختن، همان مقدار را آزاد مي‌كند.
برخي دانشمندان اين روش توليد سوخت از نور خورشيد را به زدن چهار هدف با يك تير تشبيه مي‌كنند؛ منبع سوخت پاك، امنيت بيشتر در توليد انرژي، كاهش دي اكسيد كربن توليدي و تغييرات جوي به مراتب كمتر. اين ايده جديد توليد سوخت مصنوعي مورد توجه دانشمندان زيادي در سراسر جهان قرار گرفته است.
محققان انستيتو فناوري فدرال سوئيس در زوريخ و دانشگاه مينه‌سوتا از جمله گروه‌هاي تحت تاثير قرار گرفته هستند كه هم اكنون روي طراحي و ساخت ماشين‌آلاتي كه با استفاده از نور خورشيد سوخت و بنزين توليد مي‌كنند، كار مي‌كنند.

سلول‌هاي خورشيدي كوانتومي

امروزه سلول‌هاي خورشيدي كه در مقياس تجاري توليد مي‌شوند. در بهترين حالت ممكن تنها 10 تا 15 درصد از انرژي خورشيدي دريافت شده را به جريان الكتريكي تبديل مي‌كنند. به همين دليل است كه اين سلول‌ها معمولا قيمت گزافي دارند و برقي كه به اين ترتيب نيز توليد مي‌شود قيمت تمام شده بالايي خواهد داشت. يكي از مهم‌ترين دلايل پايين بودن بازده كاري چنين سلول‌هايي اين است كه تك لايه سيليكون جذب‌كننده نور نهايتا بازده 31 درصدي دارند.
البته اين رقم از بعد نظري مطرح مي‌شود و زماني كه نوبت به انجام آزمايش‌هاي عملي مي‌رسد، مي‌بينيم بازده مورد نظر نهايتا 26 درصد است.
بتازگي تحقيقاتي در زمينه كريستال‌هاي نيمه هادي يا همان نقاط كوانتومي انجام شده كه با استفاده از نتايج آنها مي‌توان بازده كاري اين سلول‌ها را از بعد نظري به 61درصد نيز رساند كه اين به معناي هموار شدن راه براي توليد برق بيشتر و ارزان‌قيمت‌تر از طريق سلول‌هاي خورشيدي است. در سلول‌هاي خورشيدي فعلي، فوتون‌هاي نوري كه به سلول‌هاي خورشيدي مي‌رسند با تحريك الكترون‌ ناپايدار و افزايش انرژي دروني آنها زمينه كند شدن و فرار الكترون‌ها را فراهم مي‌كنند.
الكترون‌هاي آزاد هم تحت‌تاثير اختلاف ولتاژ در يك رشته سيم جريان پيدا كرده و راهي دستگاه مصرف‌كننده برقي مي‌شوند، اما نكته اينجاست كه برخي الكترون‌ها بيش از آنچه براي رهايي از جاذبه اتمي انرژي لازم است، گرما از فوتون‌هاي خورشيدي دريافت مي‌كنند. اين الكترون‌هاي داغ،‌ انرژي مازاد خود را به محض رهايي از چنگال هسته اتم به صورت گرما آزاد مي‌كنند.
حالا ايده جديدي مطرح ‌شده است كه اگر انرژي مازاد الكترون‌هاي داغ را بتوان به نوعي پيش از آن كه سرد شوند مورد استفاده قرار داد، بازده كاري صفحات خورشيدي دوبرابر خواهد شد. يك راه‌حل منطقي براي استفاده از اين انرژي مازاد، كاهش سرعت سرد شدن الكترون‌هاست. به اين ترتيب زمان كافي براي اين‌كه انرژي گرمايي آنها را به دام بيندازيم، در اختيار خواهيم داشت. محققان اين ايده را كاربردي و منطقي مي‌دانند و معتقدند سال‌هاي آينده و با تكيه بر چنين ايده‌اي مي‌توان به افزايش توليد برق خورشيدي آن هم با قيمت تمام شده پايين‌تر اميدوار بود.

منبع:
Scientific American
مترجم:مهدي پيرگزي / جام‌جم

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: سایت دانلود رایگان]

[مشاهده در: www.freedownload.ir]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 66]