فهرست مطالب
پژوهشگران دانشگاه بینگهمتون کاغذدیواری جدیدی توسعه داده‌اند که می‌تواند رطوبت هوای داخل خانه را جذب و آن را به برق تبدیل کند.
به گزارش سرویس انرژی تکناک، این فناوری علاوه بر تولید انرژی برای دستگاه‌های کم‌مصرف، می‌تواند رطوبت محیط را نیز کاهش دهد و بخشی از فشار واردشده بر سیستم‌های تهویه مطبوع را کم کند.
پنل‌های خورشیدی پشت‌بامی اکنون در بیش از ۶ میلیون خانه در آمریکا نصب شده‌اند، اما پژوهشگران معتقد هستند بخش‌های دیگری از ساختمان نیز می‌توانند در تولید انرژی نقش داشته باشند. فناوری جدید دانشگاه بینگهمتون نشان می‌دهد که حتی دیوارهای خانه نیز می‌توانند به منبعی برای تولید برق تبدیل شوند.
پروفسور سئوک‌هیون «شان» چوی از دپارتمان مهندسی برق و کامپیوتر کالج مهندسی و علوم کاربردی توماس جی. واتسون بیان کرد که سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع، انرژی زیادی برای حذف رطوبت هوا مصرف می‌کنند. به گفته او، این فناوری می‌تواند هم‌زمان با کنترل یا کاهش رطوبت، برق نیز تولید کند.
بیشتر بخوانید: تولید برق خورشیدی در عمق ۱۰ متری دریا
چگونگی تولید برق با رطوبت هوا
کاغذدیواری جدید به مولدهای کوچک برق مبتنی بر رطوبت، یا MEG متکی است. این مولدهای میکروسکوپی بخار آب موجود در هوا را جذب می‌کنند. پس از جذب بخار، رطوبت باعث جدایی یون‌های موجود در ماده می‌شود و یک گرادیان طبیعی غلظت ایجاد می‌کند. این فرایند اختلاف ولتاژی پایدار میان سطح جلو و پشت کاغذ به وجود می‌آورد و برای تولید برق به نور خورشید نیاز ندارد.
پژوهشگران پیش از این نیز فناوری‌های برداشت انرژی از رطوبت را آزمایش کرده‌اند، اما بسیاری از طرح‌های قبلی برای محیط بیرون طراحی شده بودند. شرایط فضای باز می‌تواند عملکرد چنین سیستم‌هایی را به شدت تغییر دهد. بارندگی ممکن است تولید برق را ناگهان افزایش دهد و تابش شدید خورشید نیز می‌تواند روند تولید انرژی را متوقف کند.
فضای داخل خانه شرایط باثبات‌تری دارد. رطوبت بیشتر خانه‌ها در طول سال معمولا بین ۳۰ تا ۶۰ درصد باقی می‌ماند. فعالیت‌های روزمره انسان نیز به‌طور مداوم بخار آب وارد محیط می‌کنند. آشپزی، دوش آب گرم و حتی تنفس می‌توانند رطوبت بیشتری در اتاق ایجاد کنند و منبع لازم را برای عملکرد کاغذدیواری فراهم آورند.
پژوهشگران برای کاهش هزینه و ساده‌سازی تولید از مفهوم «الکترونیک کاغذی» یا Papertronics استفاده کرده‌اند. در این روش، مدارهای الکترونیکی مستقیما روی کاغذ چاپ می‌شوند. ساختار این کاغذدیواری نیز مانند یک مدار کوچک طراحی شده است.
در لبه‌های بیرونی کاغذ از گلیسرول استفاده شده است. این ماده مانند اسفنج عمل می‌کند و مولکول‌های آب موجود در هوای اتاق را جذب می‌کند. در بخش مرکزی نیز یک لایه پلیمری برجسته با الگوی مومی قرار دارد. این ساختار نحوه تبخیر آب را کنترل می‌کند و جریان جهت‌دار رطوبت را در سطح ورق حفظ می‌نماید تا تولید برق به‌طور پیوسته ادامه پیدا کند.
بیشتر بخوانید: رکورد تازه چین با راه‌اندازی ۳۳ توربین بادی ۱۸ مگاواتی
تأمین انرژی دستگاه‌های کم‌مصرف
پژوهشگران برای بررسی عملکرد تولید برق با رطوبت هوا، یک ورق کاغذدیواری در ابعاد واقعی با ۱۵۹۶ واحد به‌هم‌پیوسته ساختند. هر واحد در رطوبت نسبی ۸۰ درصد حدود ۰٫۳۴ ولت ولتاژ و چگالی توان ۲٫۲ میکرووات بر سانتی‌متر مربع تولید می‌کند. آرایه کامل توانست به‌اندازه‌ای برق پیوسته تولید کند که یک کیبورد بی‌سیم را بدون استفاده از باتری روشن نگه دارد.
این سیستم در آزمایش دیگری توانست رطوبت فضای مورد آزمایش را از ۳۸ درصد به ۳۲ درصد کاهش دهد. این نتیجه نشان می‌دهد که کاغذدیواری جدید علاوه بر تولید برق می‌تواند نقش یک رطوبت‌گیر غیرفعال را نیز ایفا کند.
پژوهشگران برای حفظ ظاهر مناسب دیوار نیز تمام اتصالات الکتریکی را به پشت کاغذدیواری منتقل کردند. به این ترتیب، سیم‌ها و اتصالات از سطح قابل مشاهده حذف می‌شوند و فناوری می‌تواند بدون ایجاد آشفتگی ظاهری در فضای داخلی مورد استفاده قرار گیرد.
توان تولیدی این کاغذدیواری در سطح میکرووات باقی می‌ماند و برای وسایل پرمصرفی مانند یخچال مناسب نیست. کاربرد اصلی آن دستگاه‌هایی است که انرژی کمی مصرف می‌کنند. ترموستات‌های هوشمند، حسگرهای دمای محیط، سیستم‌های پایش شرایط داخلی و کیبوردهای بی‌سیم از جمله تجهیزاتی هستند که می‌توانند از چنین منبعی استفاده کنند.
در صورت توسعه این فناوری، دستگاه‌های اینترنت اشیا در خانه می‌توانند بخشی از انرژی مورد نیاز خود را مستقیما از دیوارها دریافت کنند. این رویکرد می‌تواند نیاز به تعویض مداوم باتری در تجهیزات کوچک را کاهش دهد و هم‌زمان با جذب رطوبت، بخشی از بار سیستم‌های تهویه مطبوع را نیز کم کند.
این مزیت می‌تواند کاربرد خانگی فناوری را گسترده‌تر کند. پژوهشگران معتقد هستند که در صورت رسیدن این فناوری به مرحله تولید انبوه، دیوارهای خانه می‌توانند در آینده به بخشی از زیرساخت تولید انرژی تبدیل شوند. نتایج این پژوهش در مجله علمی Advanced Energy Materials منتشر شده است.
