به گزارش تجارت نیوز، در حالی که جهان به دنبال راه‌های نوین برای تولید انرژی تجدیدپذیر و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی است، گروهی از دانشمندان چینی موفق شده‌اند یک دستاورد شگفت‌انگیز را به ثبت برسانند: تبدیل قطرات باران به برق. این فناوری تازه که با عنوان ژنراتور برق قطره‌ای یکپارچه با آب (W-DEG) شناخته می‌شود، می‌تواند از انرژی باران در حال سقوط برای تامین برق وسایل کوچک و حسگرهای محیطی استفاده کند. بدون نیاز به زمین، فلزات سنگین یا زیرساخت‌های پرهزینه.
فناوری هیدروولتائیک شناور؛ استفاده از آب به‌عنوان جزء سازنده و رسانا
این نوآوری در دانشگاه هوانوردی و فضانوردی نانجینگ (NUAA) توسعه یافته و در واقع نسخه‌ای پیشرفته از ژنراتورهای موسوم به C-DEG است. تفاوت اصلی در اینجاست که در طرح جدید، خود آب نقش دوگانه‌ای ایفا می‌کند: به‌عنوان زیرلایه ساختاری و هم‌زمان الکترود رسانا.
به گفته‌ی وانلین گوئو، استاد مکانیک: «ما با اجازه دادن به خود آب برای ایفای نقش‌های ساختاری و الکتریکی، یک راهکار تازه برای تولید برق از باران ارائه کرده‌ایم که سبک، ارزان و قابل گسترش است.»
برخلاف نسخه‌های سنتی که نیازمند سازه‌های سفت و سنگین بودند، W-DEG روی سطح آب شناور می‌شود و می‌تواند بدون اشغال زمین و با کمترین هزینه انرژی تولید کند.
چگونه باران به برق تبدیل می‌شود؟
در ژنراتورهای برق قطره‌ای مرسوم، هنگام برخورد قطرات باران با سطحی دی‌الکتریک (عایق)، بار الکتریکی ایجاد می‌شود. اما این سیستم‌ها معمولاً به زیرلایه‌های فلزی گران و سنگین نیاز دارند.
در W-DEG، آب به‌صورت طبیعی نقش زیرلایه و رسانا را ایفا می‌کند. هنگامی‌که قطره‌ای به سطح دستگاه برخورد می‌کند، فشار مکانیکی ناشی از تراکم‌ناپذیری آب و کشش سطحی بالا باعث ایجاد و توزیع بار الکتریکی در سطح می‌شود.
نتیجه؟ تولید ولتاژی در حدود ۲۵۰ ولت در هر قطره باران، مقداری که با ژنراتورهای زمینی فلزی رقابت می‌کند. افزون بر این، یون‌های موجود در آب به‌عنوان حامل‌های بار طبیعی عمل کرده و رسانایی سیستم را افزایش می‌دهند.
سبک‌تر، ارزان‌تر و پایدارتر از همیشه
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های W-DEG، کاهش چشمگیر وزن و هزینه تولید است. براساس گزارش تیم تحقیقاتی، این طراحی جدید وزن مواد مورد نیاز را حدود ۸۰ درصد کاهش داده و هزینه ساخت را تقریبا نصف کرده است.
این ژنراتور علاوه بر صرفه‌جویی اقتصادی، دوام بالایی هم دارد. آزمایش‌های انجام‌شده نشان داد که دستگاه حتی در شرایط سخت (از دماهای بالا گرفته تا آب شور یا آلوده) به‌طور پایدار کار می‌کند.
بی‌اثری شیمیایی لایه دی‌الکتریک و انعطاف‌پذیری ساختار آبی، مانع تخریب دستگاه در طول زمان می‌شود.
یکی از مشکلات رایج در سیستم‌های جمع‌آوری انرژی از باران، تجمع آب روی سطح است که مانع تولید جریان می‌شود.
محققان برای حل این مشکل، سوراخ‌های تخلیه میکروسکوپی طراحی کردند که اجازه می‌دهند آب به سمت پایین تخلیه شود اما از برگشت به بالا جلوگیری شود. این ویژگی باعث می‌شود حتی در باران‌های شدید نیز عملکرد ژنراتور پایدار باقی بماند.
قدرت چشمگیر در مقیاس کوچک
تیم تحقیقاتی NUAA از یک نمونه اولیه با اندازه ۰.۳ متر مربع (حدود ۳.۲ فوت مربع) بزرگ‌ترین نمونه فعال در نوع خود رونمایی کرده است. این دستگاه توانست
به‌طور هم‌زمان ۵۰ دیود نوری (LED) را روشن کند و همچنین قادر بود خازن‌ها را ظرف چند دقیقه شارژ کند.
این قابلیت نشان می‌دهد که W-DEG می‌تواند در آینده برای تأمین برق حسگرهای زیست‌محیطی، سیستم‌های پایش کیفیت آب، و شبکه‌های برق محلی مستقل مورد استفاده قرار گیرد.
کاربردهای آینده؛ از دریاچه‌ها تا شهرهای هوشمند
پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند که این فناوری به‌زودی در محیط‌های آبی مانند دریاچه‌ها، مخازن و سواحل نصب شود تا بدون استفاده از زمین، انرژی تجدیدپذیر تولید کند.
علاوه بر این، در مناطقی با بارندگی بالا، می‌تواند به‌عنوان یک منبع انرژی مکمل برای شبکه‌های محلی یا سیستم‌های خارج از شبکه (Off-grid) مورد استفاده قرار گیرد.
گوئو می‌گوید: «این فناوری مسیر تازه‌ای را به‌سوی سیستم‌های هیدروولتائیک باز می‌کند که نه‌تنها زمین را اشغال نمی‌کنند، بلکه می‌توانند در کنار انرژی خورشیدی و بادی، به تکمیل سبد انرژی پاک کمک کنند.»
آینده‌ای که از آسمان انرژی می‌گیرد
به نقل از IE، اختراع ژنراتور شناور W-DEG تنها یک نوآوری مهندسی نیست؛ بلکه گامی بزرگ در مسیر پایداری انرژی جهانی است. تبدیل ساده‌ترین پدیده طبیعی، باران به منبعی کارآمد از برق، می‌تواند زندگی میلیون‌ها نفر را در مناطق بارانی، جزایر و مناطق دورافتاده متحول کند. به‌گفته محققان، این نمونه اولیه که در مجله National Science Review منتشر شده، «نشان‌دهنده آغاز عصری است که در آن آب نه‌فقط حیات‌بخش، بلکه منبعی برای انرژی پاک و بی‌پایان خواهد بود.»
