باز هم پای خورشید در میان است

[parisa]

دانشگاه رایس بتازگی پرده از راز یك تكنولوژی جدید برداشته كه می‌تواند انقلابی در دنیای علم برپا كند. با استفاده از این فناوری نوین می‌توان با كمك گرفتن از ذرات نانو، انرژی خورشیدی را مستقیم به بخار آب تبدیل كرد.
بخار آب به دست آمده از این روش را بخار خورشیدی نامیده‌اند. آزمایشگاه دانشگاه رایس با معرفی این تكنولوژی جدید مدعی شده می‌تواند از آب سرد و یخ‌زده، بخار تولید كند. مخترعان انتظار دارند این روش بتواند در وهله نخست برای تصفیه آب و فاضلاب آن هم در كشورهای در حال توسعه به‌كار گرفته شود. برآوردها حاكی از آن است كه در مجموع كارایی این روش چیزی حدود 24 درصد است. در مقام مقایسه یادآوری می‌شود صفحات خورشیدی فتوولتائیك معمولا چیزی حدود 15 درصد كارایی دارند.
محققان می‌گویند به هیچ‌وجه انتظار ندارند از این روش برای تولید انرژی الكتریكی استفاده شود، بلكه بیشتر امیدوارند روش ابداعی آنها بتواند برای تصفیه آب و فاضلاب مورد استفاده قرار گیرد. پروفسور نائومی هالاس، مدیر این پروژه می‌گوید بحث بر سر تكنولوژی منحصربه‌فردی است كه بجز تولید الكتریسیته حرف‌های زیادی برای گفتن دارد. با استفاده از این روش، نحوه تفكر انسان‌ها نسبت به بهره‌برداری از انرژی خورشیدی كاملا دگرگون خواهد شد.

 

[parisa]

[h=2]نحوه عملكرد عملكرد منحصربه‌فرد روش بخار خورشیدی به واسطه ذرات نانویی ویژه‌ای است كه تیم تحقیقاتی موفق به تولید آنها شده است. این ذرات می‌تواند بخش قابل‌توجهی از انرژی نور خورشید را به خود جذب كند. این ذرات نانو قابلیت دارد نور خورشید را مستقیم به حرارت تبدیل كند. وقتی ذرات نانو در آب غوطه‌ور می‌شوند و در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد، درجه حرارت آنها به طرز شگفت‌آوری افزایش پیدا می‌كند. افزایش آنی درجه حرارت این ذرات سبب می‌شود آب یا یخ بسرعت به بخار تبدیل شود.
پروفسور هالاس می‌گوید كارایی فوق‌العاده این انرژی می‌تواند بشدت در تصفیه موثر واقع شود. او می‌افزاید: ما در حال انجام كاری متمایز هستیم. در واقع قصد داریم از دوران گرم كردن آب در مقیاس ماكرو به عصر جدید جوشاندن آب سرد در مقیاس نانو برسیم. ذراتی كه ما از آنها صحبت می‌كنیم، خیلی كوچك هستند حتی كوچك‌تر از طول موج‌های نوری و این یعنی سطح ذرات برای پراكندن و بازتاباندن نور هم فوق‌العاده كوچك است.


افزایش شدید درجه حرارت این امكان را برای محققان به‌وجود آورده كه بتوانند در محل، بخار تولید كنند. اما این موضوع را هم در نظر داشته باشید كه بخار روی سطح ذرات نانو تشكیل می‌شود. ایده تولید بخار در محل به نظر غیرممكن است، اما این ایده در حال حاضر به منصه ظهور رسیده است.
اورا نیومن، یكی از دانشجویان فارغ‌التحصیل دانشگاه رایس است. وی برای اثبات عملی بودن این ایده یك لوله آب آزمایشگاهی را كه حاوی ذرات نانو فعال بود در یك حوضچه آب یخ غوطه‌ور می‌سازد. خانم نیومن از یك لنز مخصوص استفاده كرد تا از این طریق بتواند نور خورشید را بر مخلوط لوله آزمایش كه درجه حرارت آن نزدیك به نقطه انجماد است، متمركز كند. فیلم‌ها و تصاویر برداشت شده توسط او نشان می‌دهد وی توانسته یخ را بسرعت به بخار تبدیل كند.

مخترعان انتظار دارند این روش بتواند در وهله نخست برای تصفیه آب و فاضلاب آن هم در كشورهای در حال توسعه به‌كار گرفته شود. برآوردها حاكی از آن است كه در مجموع كارایی این روش چیزی حدود 24 درصد است. در مقام مقایسه یادآوری می‌شود صفحات خورشیدی فتوولتائیك معمولا چیزی حدود 15 درصد كارایی دارند​

 

[parisa]

[h=2]كاربردها بخار یكی از پركاربردترین سیالات صنعتی است. حدود 90 درصد برق جهان از بخار تولید می‌شود. از بخار برای استریل زباله‌های پزشكی و ابزارهای جراحی استفاده می‌شود. استفاده از بخار برای آماده كردن غذا و تصفیه آب نیز جایگاه خاص خود را دارد. بخش اعظم بخار صنعتی در بویلرهای بزرگی تولید می‌شود كه برای تولید حرارت از زغال سنگ یا نفت استفاده می‌كنند. پروفسور هالاس می‌گوید كاربری گسترده بخار خورشیدی این امكان را فراهم می‌سازد كه تولید بخار از نظر اقتصادی مقرون به صرفه‌تر باشد. مهم‌تر از آن تولید بخار در مقیاس‌های خیلی كوچك است. مهندسان دانشگاه رایس پیشتر اتوكلاوهایی از این دست را برای استریل وسایل پزشكی و ابزارهای دندانپزشكی كلینیك‌هایی كه با كمبود برق مواجه هستند، طراحی كردند.
پروفسور هالاس بتازگی موفق شده جایزه مركز بیل و ملیندا گیتز را به دلیل طراحی و ساخت یك سیستم اولترا در مقیاس فوق‌العاده كوچك به‌دست بیاورد. این سیستم قابلیت دارد فاضلاب انسانی را در مناطقی كه با كمبود برق روبه‌روست یا در مناطقی كه به هیچ‌وجه سیستم‌های تصفیه فاضلاب ندارد، تصفیه كند. خانم نیومن معتقد است بخار خورشیدی به دلیل كارایی‌اش بسیار مورد توجه بازار قرار خواهد گرفت. این تكنولوژی مستلزم استفاده گسترده از پانل‌های خورشیدی نیست. در واقع تجهیزات لازم برای بهره‌برداری از این تكنولوژی بسیار كوچك است، به عنوان مثال شاید حتی چند سانتی‌مترمربع هم برای پیاده‌سازی تجهیزات آن كفایت كند.

یكی دیگر از پتانسیل‌های استفاده از این تكنولوژی در سیستم‌های تهویه مطبوع و گرمایشی است كه مصرف برق قابل‌توجهی دارد. تجربه‌های گوناگون پروفسور هالاس و همكارانش در زمینه تقطیر نیز نشان می‌دهد كارایی بخار خورشیدی حدود 5/2 مرتبه بیشتر از ستون‌های تقطیری است كه در حال حاضر از آنها استفاده می‌شود.
پروفسور هالاس استاد مهندسی كامپیوتر و برق، استاد رشته فیزیك ـ شیمی و استاد طب بیولوژیكی نیز است. وی به عنوان یكی از مشهورترین استادان رشته شیمی به‌منظور اجرایی شدن این پروژه گام‌های زیادی برداشته است. آزمایشگاه وی هم‌اكنون به صورت تخصصی روی ذرات فعال نوری مطالعه می‌كند. یكی از مشهورترین ابداعات وی تولید حفاظ‌های نانو از طلاست. این نوآوری وی به طور گسترده‌ای در مراكزی كه در زمینه سرطان تحقیق می‌كنند، مورد توجه قرار گرفت.
هالاس و همكارانش در تحقیقات مربوط به درمان سرطان ذراتی را انتخاب كردند كه تنها در چند طول موج نوری مشخص می‌توانند فعل و انفعال انجام دهند، در حالی كه در پروژه بخار خورشیدی عملا ذراتی طراحی كردند كه در طیف نوری وسیع‌تری می‌توانند فعل و انفعال انجام دهند. این ذرات نانو هم توسط نور مرئی خورشید و هم توسط طول موج‌های كوتاه‌تر كه برای انسان قابل رویت نیست، فعال می‌شود.
تیم تحقیقاتی پروفسور هالاس عملا هیچ قانون ترمودینامیكی را تغییر نداده، بلكه آنها با استفاده از همان قوانین آب را فقط با یك روش كاملا متفاوت به جوش آورده‌اند.

بخش دانش و زندگی تبیان​