یکی از دانشمندان حوزه‌ی علم مواد به‌تازگی به‌همراه چند تن از اعضای تیمش موفق‌به ساخت دستگاهی شده است که با بهره‌گیری از سایه، انرژی الکتریکی تولید می‌کند.

امروزه از پنل‌های خورشیدی به‌منظور تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود، در آینده‌ای نزدیک سرانجام روزی خواهد رسید که نه‌تنها نور بلکه تاریکی نیز در نقش منبع انرژی برای ما ظاهر خواهد شد. دستگاهی جدید به‌صورت آزمایشی تولید شده است که می‌تواند از کنتراست بین مکان‌های روشن و سایه‌ها جریان برق تولید کند، جریانی که از آن می‌توان به‌منظور تأمین انرژی دستگاه‌های الکترونیکی کوچک بهره گرفت. سویی چینگ تان،‌ دانشمند حوزه‌ی علم مواد در دانشگاه ملی سنگاپور، در این زمینه می‌گوید: «[به‌لطف دستگاه موردبحث] می‌توانیم در هر جایی از کره‌ی زمین انرژی به‌دست بیاوریم و این موضوع تنها به مناطق روباز محدود نخواهد ماند».

سویی چینگ تان و اعضای تیمش موفق شده‌اند پس از مدت‌ها تحقیق و تلاش، دستگاهی ویژه بسازند که از آن با نام تولیدکننده‌ی انرژی با استفاده از سایه یاد می‌شود. آن‌ها برای ساخت دستگاه پوششی بسیار نازک از طلا را روی سیلیکون قرار داده‌اند. همچون سلول‌های خورشیدی، در این دستگاه نیز نور به‌روی سیلیکون می‌تابد و باعث انتقال انرژی به الکترون‌های آن می‌شود. به‌لطف وجود لایه‌ی طلا، دستگاه ساخته‌شده توسط محققان دانشگاه ملی سنگاپور می‌تواند جریان الکتریکی تولید کند، درحالی‌که بخشی از خود دستگاه همچنان در سایه حضور دارد.

الکترون‌های برانگیخته‌شده توسط انرژی خورشید، از سیلیکون به ورقه‌ی طلا منتقل می‌شوند. در نظر داشته باشید که همچنان بخشی از دستگاه در سایه حضور دارد. با درنظرگرفتن این موضوع، ولتاژِ فلزِ برانگیخته‌شده نسبت‌به آن بخشی از دستگاه که در سایه حضور دارد افزایش می‌یابد و این موضوع باعث می‌شود الکترون‌ها در داخل دستگاه از ولتاژ بالا به سمت ولتاژ پایین جریان پیدا کنند. انتقال این الکترون‌ها از درون مداری خارجی باعث ایجاد جریانی می‌شود که امکان استفاده از آن برای تأمین انرژی گجت‌ها وجود دارد. روند کار دستگاه جدید نخستین‌بار روز ۱۵ آوریل امسال (۲۷ فروردین ۱۳۹۹) توسط سویی چینگ تان و اعضای تیمش در رسانه‌ی Energy & Environmental Science منتشر شد.

اعضای تیم موردبحث با بهره‌گیری از هشت دستگاه تولیدکننده‌ی انرژی به‌روش بالا توانستند ساعتی الکترونیکی را در نور کم و بدون نیاز به باتری راه‌اندازی کنند. این دستگاه همچنین می‌تواند در نقش حسگر ظاهر شود. بدین ترتیب می‌توان دستگاه را روی ماشینی کنترلی قرار داد؛ در هر زمانی‌که سایه‌ی ماشین کنترلی روی دستگاه بیافتد، انرژی الکتریکی موردنیاز برای روشن‌کردن یکرچراغ LED فراهم می‌شود. هرچه کنتراست بین نور و سایه بیشتر باشد، دستگاه مذکور می‌تواند انرژی الکتریکی بیشتری تولید کند. 

سویی چینگ تان و اعضای تیمش قصد دارند با استفاده از برخی قابلیت‌های سلول‌های خورشیدی به‌منظور جذب نور، عملکرد دستگاه خود را بهبود بخشند. افزایش میزان جذب نور توسط دستگاه جدید محققان دانشگاه سنگاپور به آن‌ها امکان می‌دهد به‌شکلی بهتر از سایه استفاده کنند و به تولید انرژی الکتریکی بپردازند.

احتمالا در آینده شاهد روزی خواهیم بود که از این دستگاه برای تولید انرژی در بخش‌های تاریک محیط‌های بیرونی استفاده شود. درواقع این دستگاه درکنار پنل‌های خورشیدی کار خواهد کرد. محیط‌هایی که نور آن‌ها را فرا می‌گیرد مخصوص پنل‌ها و محیط‌های تاریک مخصوص دستگاه موردبحث خواهند بود. چینگ تان در بخشی از حرف‌های خود می‌گوید: «بسیاری از مردم فکر می‌کنند که سایه هیچ کاربردی ندارد. هرچیزی می‌تواند کاربردی باشد، حتی سایه».

منبع :زومیت

فناوری چاپ سه‌بعدی در تولید توربین‌های آتی جنرال الکتریک استفاده خواهد شد که امکان ساخت تجهیزاتی بلندتر و حرفه‌ای‌تر را به شرکت آمریکایی می‌دهد.

جنرال الکتریک اعلام کرد که برنامه‌ی طراحی و تولید توربین‌های بادی با پایه‌های ساخته‌شده توسط پرینت سه‌بعدی را در دستور کار دارد که ابعاد بسیار بزرگی هم خواهند داشت. آن‌ها با همکاری شرکت‌های فعال در صنعت ساخت و ساز، فناوری پرینتر سه‌بعدی مورد استفاده و مواد آن را نیز توسعه می‌دهند تا به‌مرور به شرکت‌های فعال در سرتاسر جهان فروخته شود.

توربین‌های بادی بلندتر می‌توانند با بهره‌برداری از جریان‌های بادی قوی‌تر در ارتفاع بالا، بازدهی بیشتری را به مشتری ارائه کنند. سازه‌ی آن‌ها نیز به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که توانایی تحمل بار پره‌های بزرگ‌تر را دارند. پره‌های بزرگ‌تر، نیروی برق بیشتری از باد تولید می‌کنند. ساختن توربین‌های بادی بزرگ‌تر، با کابوسی برای جابه‌جایی قطعات و اتصال آن‌ها به یکدیگر همراه می‌شود. جنرال الکتریک امدیوار است که در برنامه‌ی جدید، پایه‌ی توربین را در همان محل نصب، به‌کمک پرینتر سه‌بعدی تولید کند. درنتیجه نیازی به جابه‌جای یک قطعه‌ی بتنی و فلزی عظیم برای نصب در محل نیروگاه بادی نخواهد بود. شرکت سازنده ادعا می‌کند که توربین‌های جدید تا ارتفاع ۲۰۰ متر ساخته می‌شوند که حتی بلندتر از برج Seattle Space Needle و دو برابر میانگین ارتفاع توربین‌های بادی موجود در ایالات متحده خواهد بود.

توربین بادی بلندتر از جریان بادی قوی‌تر برای تولید برق استفاده می‌کند

توربین‌های بادی از دهه‌ی ۱۹۸۰ در ایالات متحده طرفداران زیادی پیدا کرده‌اند. در آن زمان، ارتفاع توربین‌ها به‌صورت میانگین به ۲۰ متر می‌رسید. توربین‌های اولیه، در شرایط ایدئال، تنها توانایی خروجی ۱۰۰ کیلووات برق را داشتند. تا سال ۲۰۱۷، میانگین ارتفاع توربین‌ها به ۸۷ متر و خروجی به دو مگاوات (۲۰۰۰ کیلووات‌ساعت) رسید. در اروپا که جریان باد در برخی از مناطق آن‌چنان قوی نیست، توربین‌ها را می‌توان در ارتفاع بالاتر نیز نصب کرد. یکی از بلندترین توربین‌های قاره که در آلمان قرار دارد، به ارتفاع ۱۷۸ متر می‌رسد. GE تصمیم دارد تا این رکورد را بشکند.

جنرال الکتریک یکی از بزرگ‌ترین تولیدکننده‌های توربین در جهان محسوب می‌شود و با برنامه‌های جدید، تصمیم دارد تا فصل تازه‌ای را در صنعت شروع کند. البته آن‌ها اولین شرکتی نیستند که برای تولید توربین، به سراغ فناوری چاپ سه‌بعدی می‌روند. استارتاپ RCAM Technologies که ۱/۲۵ میلیون دلار سرمایه از کمیسیون انرژی کالیفرنیا دریافت کرد، در سال ۲۰۱۷ برنامه‌ای برای ساخت توربین‌های مشابه با طرح جنرال الکتریک ارائه کرده بود. البته تحقیقات آن‌ها هنوز ادامه دارد و شاید GE، اولین شرکتی باشد که توربین‌های پرینت سه‌بعدی را به‌صورت تجاری معرفی می‌کند. آن‌ها اولین نمونه‌ی اولیه را در سال ۲۰۱۹ تولید کردند و فاز تجاری‌سازی برای سال ۲۰۲۳ پیش‌بینی شده است.

متخصصان و کارشناسان متعدد اعتقاد دارند که استفاده از فناوری نوآورنه‌ای همچون پرینت سه‌بعدی، می‌تواند صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر را وارد سطحی جدید کند. فناوری جدید، زمان و هزینه‌ی موردنیاز برای نصب و مونتاژ توربین‌ها را به‌میزان قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. به‌علاوه، توربین‌های مدنظر برای فناوری جدید، از نوع نصب در ساحل هستند و می‌توان با بهره‌گیری از حمل‌ونقل دریایی، به‌راحتی مواد و قطعات آن‌ها را جابه‌جا کرد.

جنرال الکتریک ادعا می‌کند توانایی ساخت توربین با ارتفاع ۱۶۰ متر را خواهد داشت که سالانه، ۳۳ درصد توان تولید برق بیشتری نسبت به توربینی با نصف این ارتفاع را دارد. به‌علاوه، کاهش هزینه‌های تولید نیز قابل‌‌توجه خواهد بود. به‌علاوه، جابه‌جایی یک پرینتر سه‌بعدی صنعتی بسیار راحت‌تر از جابه‌جایی یک ستون ۱۰۰ تا ۲۰۰ متری خواهد بود و درنتیجه می‌توان انرژی تجدیدپذیر مبتنی بر باد را در بازارهای جدیدی توسعه داد. همین بهینه‌سازی در جابه‌جایی، در بخش‌های دیگر نیز به نفع محیط‌زیست خواهد بود، چون تولید گازهای گلخانه‌ای توسط ماشین‌آلات حمل‌ونقل سنگین را به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.

متیو بلوچی، مدیر فناوری‌های تولید پیشرفته در GE Renewable Energy درباره‌ی برنامه‌های جدید شرکتش می‌گوید: «برنامه‌ی جدید، یک همکاری بین‌المللی محسوب می‌شود که با تمرکز بر تغییر جهان به سمت تولید بهتر انرژی‌های تجدیدپذیر حرکت می‌کند. در این مسیر، فناوری‌های پایدارتری هم به کار گرفته می‌شوند که در تولید همان محصولات نوآورانه کاربرد دارند».

همکاران جنرال الکتریک در برنامه‌ی جدید، شرکت تولید پرینتر سه‌بعدی COBOD و تولیدکننده‌ی مواد ساختنی LafargeHolcim هستند. در برنامه‌ی کنونی، آن‌ها تلاش می‌کنند تا پایه‌هایی با استفاده از پرینت سه‌بعدی بتن تولید کنند که ۱۰ تا ۸۰ متر ارتفاع خواهند داشت. سپس می‌توان با اضافه کردن یک برج فولادی به پایه‌ی مذکور، توربین را در ارتفاع بسیار بالایی به کار گرفت. برخی از برج‌های توربینی در اروپا هم‌اکنون نیز با قالب‌گیری سیمان در محل نصب ساخته می‌شوند تا چالش‌های حمل‌ونقل آن‌ها کاهش پیدا کند. البته استفاده از پرینتر سه‌بعدی، درنهایت با کاهش هزینه‌های نیروی انسانی مرتبط با متصل کردن قطعات بتنی، بازدهی بسیار بیشتری دارد.

پرینت سه‌بعدی بتن، هنوز چالش‌های بی‌شماری دارد. هرچه بتن هدف تولیدکننده، سخت‌تر باشد، جانمایی یا همان چاپ سه‌بعدی دشوار خواهد بود. اون رابرتس، یکی از مهندسان آزمایش انرژی‌های تجدیدپذیر در ایالات متحده پیرامون چالش‌های اجرایی می‌گوید: باید بین مشخصات ماده، مقاومت آن و آسودگی چاپ سه‌بعدی، یک تعادل ایجاد شود». درحال‌حاضر تحقیقات زیادی با هدف رسیدن به این تعادل انجام می‌شود. درنهایت فعالان صنعتی امیدوار هستند که با عرضه‌‌ی نسل بعدی پرینترهای سه‌بعدی، انرژی بادی در ساحل را بتوان با بازدهی بیشتری به برق تبدیل کرد.

دانلود