دانشمندان راهکاری برای تبدیل قطرات باران به برق کشف کردند

به گزارش آنا، محققان با هدایت قطرات آب از میان یک لوله عمودی باریک به منظور ایجاد جریان پلاگ (plug flow)، توانستند بار‌های الکتریکی را از هم جدا و با بازدهی شگفت‌انگیزی انرژی استحصال کنند. در این روش، جریان پلاگ به دلیل حرکت پیوسته و متراکم قطرات درون لوله، تعامل بین آب و سطح داخلی لوله را افزایش و به طور مؤثری بار‌های مثبت و منفی را از هم جدا کرد. این سیستم ساده نه تنها مشکلات ناکارآمدی روش‌های سنتی جداسازی بار را برطرف کرد، بلکه به اندازه‌ای انرژی تولید کرد که قادر به روشن کردن ۱۲ عدد LED شد.

با توجه به کاربرد‌های بالقوه این فناوری در سقف‌های ساختمان‌ها و محیط‌های شهری، این سیستم نوآورانه می‌تواند به عنوان یک گزینه پایدار و کم‌هزینه برای تولید برق آبی سنتی مطرح شود. این روش به‌ویژه در مناطق شهری که دسترسی به منابع آبی گسترده وجود ندارد، می‌تواند به عنوان یک راه‌حل نوین برای تأمین انرژی تجدیدپذیر استفاده شود.

هنگامی که دو ماده با هم تماس پیدا می‌کنند، بار‌های الکتریکی روی سطح آنها می‌توانند جابجا شوند. یک نمونه آشنا این پدیده، برق ساکنی است که پس از مالش یک بادکنک به پوست خود تجربه می‌شود. به طور مشابه، وقتی آب بر روی برخی سطوح جریان پیدا می‌کند، می‌تواند بار الکتریکی از دست بدهد یا به دست آورد. اکنون محققانی که در تاریخ ۱۶ آوریل در مجله ACS Central Science گزارش داده‌اند، از این اثر برای تولید برق با استفاده از قطرات شبیه به باران که از میان یک لوله باریک عبور می‌کنند، بهره برده‌اند. این سیستم انرژی کافی تولید می‌کند تا ۱۲ عدد LED را روشن کند.

آبی که از یک لوله عمودی عبور می‌کند، با استفاده از یک الگوی خاص از جریان آب به نام جریان پلاگ (plug flow) مقدار قابل توجهی برق تولید می‌کند. سیو لینگ سوه، نویسنده اصلی این مطالعه گفت: این الگوی جریان پلاگ می‌تواند به بهره‌برداری از انرژی باران برای تولید برق پاک و تجدیدپذیر کمک کند.

انرژی هیدروالکتریک سنتی با حرکت حجم زیادی از آب برای چرخاندن توربین‌ها کار می‌کند. اما این روش فقط در مناطقی مؤثر است که دسترسی به حجم زیادی آب، مانند رودخانه‌ها، وجود داشته باشد. برای جریان‌های آب کوچک‌تر و کندتر، محققان به دنبال جایگزین جداسازی بار الکتریکی بودند. این فرآیند با عبور آب از میان یک کانال که با یک سطح رسانا پوشش داده شده است، برق تولید می‌کند. با این حال، این روش به شدت ناکارآمد است، زیرا بار الکتریکی تنها در سطحی که آب با آن تماس دارد، تجمع می‌یابد.

برای بهبود کارایی، دانشمندان از کانال‌هایی در مقیاس میکرو و نانو برای افزایش سطح تماس استفاده کرده‌اند. اما این کانال‌ها آنقدر کوچک هستند که آب به راحتی از آنها عبور نمی‌کند و انرژی مورد نیاز برای پمپ کردن آب بیشتر از انرژی تولیدی سیستم است. برای حل این مشکل، سیو لینگ سوه، چی کیت آو و تیم آنها به دنبال راهی برای تولید برق با استفاده از کانال‌های بزرگ‌تری بودند که آب باران به طور طبیعی می‌تواند از آنها عبور کند.

به گزارش scitechdaily، تیم تحقیقاتی یک سیستم ساده طراحی کرد که در آن آب از انتهای یک برج از طریق یک سوزن فلزی خارج شده و قطراتی به اندازه قطرات باران به درون دهانه یک لوله عمودی پلیمری به ارتفاع ۱۲ اینچ (۳۲ سانتی‌متر) و عرض ۲ میلی‌متر پرتاب می‌شد. برخورد مستقیم قطرات در بالای لوله باعث ایجاد جریان پلاگ شد. ستون‌های کوتاهی از آب که با حباب‌های هوا از هم جدا شده بودند. هنگامی که آب از داخل لوله به سمت پایین جریان یافت، بار‌های الکتریکی از هم جدا شدند. سپس آب در یک فنجان زیر لوله جمع‌آوری شد. سیم‌هایی که در بالای لوله و درون فنجان قرار داده شده بودند، برق تولید شده را جمع‌آوری کردند.

سیستم جریان پلاگ بیش از ۱۰٪ از انرژی آبی که از میان لوله‌ها سقوط می‌کرد را به برق تبدیل کرد. در مقایسه با جریان آب به صورت مداوم، جریان پلاگ پنج مرتبه بیشتر برق تولید کرد. از آنجایی که سرعت قطرات مورد آزمایش بسیار کمتر از سرعت قطرات باران بود، محققان پیشنهاد کردند که این سیستم می‌تواند برای استحصال برق از قطرات باران در حال سقوط استفاده شود.

در آزمایش دیگری، مشاهده شد که عبور آب از دو لوله، چه به طور همزمان و چه به صورت متوالی، انرژی دو برابری تولید می‌کند. با استفاده از این اطلاعات، آب از میان چهار لوله هدایت شد و این سیستم توانست ۱۲ عدد LED را به مدت ۲۰ ثانیه به طور مداوم روشن نگه دارد. محققان اظهار داشتند که انرژی جریان پلاگ می‌تواند نسبت به نیروگاه‌های هیدروالکتریک سنتی ساده‌تر در نصب و نگهداری باشد و برای فضا‌های شهری مانند سقف‌ها بسیار مناسب است.