پژوهشگران کره جنوبی فناوری تازه‌ای را معرفی کرده‌اند که با استفاده از برخورد قطره‌های باران، برق تولید می‌کند و بدون نیاز به باتری یا منبع تغذیه خارجی، سامانه‌های هوشمند زهکشی و هشدار سیلاب را فعال می‌سازد.
به گزارش سرویس انرژی تکناک، این دستاورد، حاصل پژوهش تیمی از مؤسسه ملی علوم و فناوری اولسان است، که نشان می‌دهد بارش باران تنها یک تهدید نیست، بلکه می‌تواند یک محرک مستقیم برای مدیریت ایمن‌تر شهرها باشد. پژوهشگران با تمرکز بر استفاده از انرژی طبیعی و در دسترس، سامانه‌ای را توسعه داده‌اند که واکنش زیرساخت‌های شهری را به شدت بارندگی، به صورت خودکار تنظیم می‌کند.
پژوهشگران در این فناوری، اثر مکانیکی برخورد قطره‌های باران با سطوح را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. این سیگنال‌ها، توان لازم را برای راه‌اندازی تجهیزات مدیریت آب‌های سطحی فراهم می‌کنند و وابستگی سامانه را به باتری‌ها یا شبکه برق کاهش می‌دهند. چنین رویکردی، به‌ویژه در شرایط اضطراری یا قطعی برق، اهمیت بالایی دارد.
این پروژه به سرپرستی پروفسور یونگ-بین پارک از دانشکده مهندسی مکانیک انجام شد. تیم پژوهشی، یک مولد برق مبتنی بر قطره طراحی کرد که از پلیمر تقویت‌شده با الیاف کربن ساخته شده است. این ماده، پیش‌تر به دلیل استحکام بالا، وزن کم و مقاومت در برابر خوردگی، در صنایع هوافضا و ساخت‌وساز کاربرد گسترده‌ای داشته است.
بیشتر بخوانید: این ژنراتور از قطرات باران برق تولید می کند!
دستگاه طراحی‌شده برای تولید برق با قطره‌های باران، که با نام S-FRP-DEG شناخته می‌شود، انرژی را بلافاصله در لحظه برخورد باران با سطح خود برداشت می‌کند. پژوهشگران برخلاف بسیاری از طرح‌های آزمایشگاهی که از فلزات ظریف یا مواد کم‌دوام استفاده می‌کنند، تمرکز اصلی را بر پایداری و استفاده بلندمدت در فضای باز قرار دادند. این ویژگی، استفاده از دستگاه را روی بام‌ها، لوله‌های زهکشی و زیرساخت‌های شهری امکان‌پذیر می‌کند.
مبنای عملکرد این مولد، فرایندی مشابه الکتریسیته ساکن است. قطره‌های باران، هنگام سقوط از میان هوا، بار مثبت حمل می‌کنند. زمانی که این قطره‌ها با سطح فوق‌آب‌گریز و دارای بار منفی دستگاه برخورد می‌کنند، انتقال بار رخ می‌دهد و قطره به‌سرعت جدا می‌شود. این حرکت، جریان الکتریکی را در الیاف کربنی درون کامپوزیت به جریان می‌اندازد.
پژوهشگران برای افزایش بازدهی، سطح دستگاه را با بافت‌دهی ویژه و پوششی الهام‌گرفته از برگ نیلوفر آبی اصلاح کردند. این کار هم آب‌گریزی را افزایش داد و هم از تجمع آلودگی و دوده جلوگیری کرد. در نتیجه، دستگاه در محیط‌های شهری آلوده نیز عملکرد پایداری از خود نشان داد.
بخوانید: جایگاه ایران در تولید برق از انرژی های تجدیدپذیر کجاست؟
آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داد که یک قطره باران با حجمی در حدود ۹۲ میکرولیتر، می‌تواند تا ۶۰ ولت ولتاژ و چند میکروآمپر جریان تولید کند. همچنین اتصال چند واحد به صورت سری، توان سیستم را افزایش داد و روشن شدن هم‌زمان ده‌ها چراغ LED را ممکن ساخت. این نتایج، مقیاس‌پذیری فناوری را تأیید می‌کند.
تیم پژوهشی، کارایی این فناوری را خارج از محیط آزمایشگاه نیز بررسی کرد. پژوهشگران دستگاه‌ها را روی بام ساختمان‌ها و لوله‌های زهکشی نصب کردند و رفتار آنها را در بارش‌های واقعی سنجیدند. با افزایش شدت بارندگی، سیگنال‌های الکتریکی قوی‌تر و پرتعدادتر شدند و سامانه توانست میان باران سبک، متوسط و شدید تمایز قائل شود.
بخوانید: تحولی عظیم در تولید برق پاک با دستگاهی نوآورانه
این قابلیت، امکان فعال‌سازی خودکار پمپ‌های زهکشی فقط در زمان‌های ضروری را فراهم می‌کند. به گفته پژوهشگران، چنین واکنشی می‌تواند مصرف انرژی را کاهش دهد و هم‌زمان، پیشگیری لحظه‌ای از سیلاب را در مناطق شهری متراکم بهبود بخشد. پروفسور پارک تأکید کرد که این فناوری به زیرساخت‌های شهری اجازه می‌دهد تنها با تکیه بر انرژی باران، خطر سیلاب را پایش و مدیریت کنند.
بر اساس اعلام تیم تحقیقاتی، در آینده می‌توان این فناوری را در سامانه‌های حرکتی مانند خودروها یا هواگردها نیز ادغام کرد؛ جایی که کامپوزیت‌های الیاف کربن از پیش به طور گسترده استفاده می‌شوند. این پژوهش با حمایت وزارت علوم و فناوری اطلاعات کره و بنیاد ملی پژوهش این کشور انجام شده و نتایج آن در نشریه علمی Advanced Functional Materials منتشر شده است.
