معرفی هشت روش برای تولید برق

دنیای صنعت برق – در دنیای امروز تقاضا برای انرژی برق به طور فزاینده ای در حال افزایش است و از سویی دیگر منابع سوخت های فسیلی نیز در حال کاهش هستند؛ بنابراین در حال حاضر نیاز به استفاده از منابع جدید انرژی تجدیدپذیر بیش از پیش احساس می شود.

استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در چند سال گذشته به یک دغدغه اصلی برای اکثر کشورها تبدیل شده است. ایده استفاده از انرژی های تجدیدپذیر، ایده جدیدی نیست و قدمت آن به زمانی در حدود یک قرن پیش و به قبل از زمانی که استخراج نفت در سراسر جهان در حداکثر میزان خود قرار داشت، باز می گردد؛ به عنوان مثال اولین پنتنت (گواهی حق اختراع) سلول های خورشیدی در آمریکا در سال ۱۸۸۸ ثبت شد. قدمت استفاده از انرژی بادی بسیار بیشتر از انرژی خورشیدی است. استفاده از آسیاب بادی در اروپا برای آسیب کردن غلات تقریبا از هزار سال پیش آغاز شده است و در سال ۱۸۸۷ هم نخستین آسیاب بادی برای تولید برق مورد استفاده قرار گرفت.

در این مطلب قصد داریم هشت روش تولید برق را به شما معرفی کنیم که می توانند در تأمین انرژی برق در آینده نقش مهمی داشته باشند. اگر چه هزینه تأمین انرژی از این روش ها در ابتدای کار زیاد است و پروژه های تأمین انرژی برق با استفاده از این روش ها در مقیاس کوچکی اجرا شده اند، اما با این حال می توانند در حرکت کشورهای مختلف به سمت استفاده از انرژی های تجدیدپذیر برای تأمین برق، استفاده از روش های جدید برای انجام این کار و پایداری انرژی در آینده نقش مهمی داشته باشند. در ادامه با ما همراه باشید.

امواج اقیانوس ها

داستان از یک مهندس برق به نام آنت ون جوآن شروع شد که در ابتدا توانست وسیله شناور جالبی برای تولید برق با استفاده از امواج دریاها و اقیانوس ها ابداع کند. جریان برق در این روش به وسیله یک جسم شناور در آب تولید می شد. در این روش یک تکه سیم مسی همانند یک لنگر در آب فرو برده می شد و سپس یک قطعه آهنربا در اطراف آن قرار می گرفت، سپس با حرکت داده شدن آهنربا به سمت بالا و پایین توسط نیروی امواج، برق در سیم مسی تولید می شد. بیشتر ما در درس فیزیک دوران دبیرستان با این قانون آشنا شده ایم. خانم جوآن با الهام از ورزش موج سواری که باعث حرکت داده شدن امواج دریاها و اقیانوس ها به میزان زیادی می شود، دستگاه خود را در مقیاس بزرگتری ساخت و تصمیم گرفت وسیله شناور خود را در دریا مورد آزمایش قرار دهد تا از انرژی جنبشی مستمر و بی پایان امواج دریا استفاده کند.

آزمایش او با موفقیت انجام شد و او موفق شد با وسیله شناور خود و با استفاده از امواج دریا، سه کیلووات برق تولید کند که برای تأمین برق دو خانه کافی بود. نتیجه موفقیت آمیز این آزمایش، وی را برای ادامه کار امیدوار کرد؛ اما متاسفانه نمونه های اولیه وسیله شناور او عملکرد ضعیفی داشتند؛ اما این موضوع باعث ناامیدی او نشد و همچنان به تلاش خود ادامه داد. طراحی او به مرور زمان بهتر و بهتر شد و عملکرد خوب او موجب جلب توجه سازمان های علمی دولتی و شرکت های فعال در زمینه استفاده از انرژی های تجدید پذیر شد.

خانم جوآن هم اکنون یکی از افراد مطرح در زمینه تولید انرژی با استفاده از نیروی امواج دریاها و اقیانوس ها است و امیدوار است وسایل شناور در آب ابداع شده توسط او در آینده بتوانند به تأمین میزان زیادی از انرژی کمک کنند.

زباله

تولید انرژی با استفاده از زباله یک ایده بسیار خوب و ایده ال است. ارتش آمریکا موفق شده است در یکی از پایگاه های نیروهای نظامی خود در نزدیکی بغداد در عراق این کار را انجام دهد. آن ها برای تولید برق به وسیله زباله، در حال استفاده از دو ژنراتور برق هستند که نیروی آن ها به وسیله یک سوخت به دست آمده از زباله تأمین می شود. این روش هم نیاز نیروهای نظامی به سوخت های فسیلی را کاهش داده است و هم باعث شده است حجم زباله های تولیدی توسط آن ها، به میزان قابل توجهی کاهش پیدا کند. زباله های تولید شده در این پایگاه عمدتا باقیمانده غذا و کاغذهای خرده شده هستند.

در این روش ابتدا زباله های خشک مانند مقواها و فوم های پلی استایرن به توده های فشرده شده تبدیل می شوند و پس از آن به قدری حرارت داده می شوند که گازهای ترکیبی همانند پروپان از آن ها تولید شوند. سایر زباله ها مانند باقیمانده غذاها و مایعات هم برای تولید گاز اتانول تخمیر می شوند. سپس اتانول و گازهای ترکیبی، برای تولید سوخت ژنراتورها با یکدیگر ترکیب می شوند. لازم به ذکر است که این دو ژنراتور برای تأمین نیروی مورد نیاز خود، علاوه بر سوختی که با استفاده از زباله تولید شده است، به یک منبع انرژی دیگر نیز نیاز دارند؛ اما سوخت دیزل مورد نیاز برای این دو ژنراتور، تنها ۵ درصد سوخت مصرفی ژنراتورهای مشابه آن ها است. لازم به ذکر است زباله هایی که در این پایگاه برای تولید برق مورد استفاده قرار می گیرند، تنها یک ۳۰ ام زباله های تولید شده در این پایگاه هستند. این کار ارتش آمریکا می تواند زمینه را برای تولید برق از زباله در مقیاس گسترده در آینده فراهم کند.

توپ فوتبال

تصور کنید روزی انرژی به دست آمده از توپ فوتبال بتواند چراغ مطالعه شما را روشن کند. توپ فوتبال Soccket با همین ایده طراحی و ساخته شده است. این توپ می تواند انرژی جنبشی خود را که با حرکت سریع آن به دست می آید، به انرژی برق تبدیل کند.

یکی از دانش آموختگان دانشگاه هاروارد به نام جاناتان متیو که اصالتا اهل نیجریه است، با اختراع این توپ قصد دارد از ورزش فوتبال که محبوب ترین ورزش دنیا است، برای بهبود زندگی مردم کشورهای در حال توسعه استفاده کند. طبق گفته خانم متیو، برق تولید شده توسط این توپ در مدت زمان ۳۰ دقیقه می تواند یک لامپ LED را سه ساعت روشن نگه دارد. خانم متیو امیدوار است این توپ بتواند جایگزین چراغ های نفتی شود؛ زیرا دود سمی متصاعد شده از این چراغ ها برای سلامتی مضر است و تنفس را برای افراد دشوار می سازد.

البته توپ Soccket معایبی هم دارد که کاملا مشخص است؛ از یک سو هزینه تولید این توپ بسیار بالا است و از سویی دیگر برق تولید شده توسط آن هم بسیار کم است؛ اما به هر حال ایده تولید برق توسط توپ فوتبال ایده جالبی است.

 دوچرخه

همه ما می دانیم که با رکاب زدن با دوچرخه هم می توان برق تولید کرد. ژنراتورهایی که نیروی آن ها توسط دوچرخه تأمین می شود، قادر هستند برق زیادی تولید کنند؛ برای مثال یک دوچرخه سوار حرفه ای می تواند با رکاب زدن در هر ساعت، ۴۰۰ وات برق تولید کنند (البته میزان برق تولید شده توسط یک فرد مبتدی نصف این میزان است). البته ۴۰۰ وات میزان بسیار کمی است؛ زیرا در کشور آمریکا در هر خانه ماهیانه به طور متوسط ۹۴۰ کیلو وات ساعت برق مصرف می شود؛ اما به هر حال می توان از برق تولید شده توسط دوچرخه ها برای شارژ وسایل کوچک استفاده کرد. این ژنراتورها به شما ثابت می کنند که  تولید هر کیلو وات برق، زحمت زیادی دارد.

کارهای جالبی در راستای تولید برق با استفاده از دوچرخه انجام شده است؛ به عنوان مثال هتلی در دانمارک به مهمانان خود که حاضر شوند برای تأمین نیروی ژنراتورهای این شرکت، تنها ۱۵ دقیقه رکاب بزنند، یک کوپن غذای رایگان می دهد. در یک جشنواره موسیقی به نام Rock the Bike در سان فرانسیسکو، نیز برای تأمین نیروی مورد نیاز سیستم های صوتی از ژنراتورهایی که نیروی آن ها توسط دوچرخه تأمین می شود، استفاده می شود.

ادرار انسان

شاید تولید برق از ادرار انسان کمی برایتان تعجب برانگیز باشد؛ اما چنین چیزی واقعا صحت دارد. چهار دانشجوی آفریقایی دستگاهی را ساخته اند که می تواند با استفاده از ادرار برق تولید کند. این دستگاه قادر است هیدروژن را از ادرار انسان خارج کند و به ازای هر لیتر ادرار ۶ ساعت برق تولید کند. یک انسان معمولا در طول یک روز دو لیتر ادرار دفع می کند. این دستگاه می تواند برای تولید برق در موارد اضطراری، دستگاه بسیار خوبی باشذ.

البته نمونه اولیه این دستگاه معایبی هم دارد. سلول های الکترولیتیک این دستگاه برای شروع کار خود، نیازمند برق هستند. در ضمن سوخت اصلی این دستگاه هیدروژن خالص است که ماده فراری است. به هر حال تلاش این چهار دانشجو با توجه به اینکه سن همه آن ها کمتر از ۱۵ سال است، قابل تحسین است.

دست اندازها

در حال حاضر دست اندازهایی در بخش جنوب غربی انگلستان ایجاد شده اند که با عبور کردن خودروها از روی آن ها برق تولید می شود. در این دست انداز ها انرژی جنبشی ناشی از حرکت خودروها به انرژی برق تبدیل می شود. این دست اندازها دربردارنده چندین قاب آهنی است که با عبور خودروها بر روی آن ها، بالا و پایین می روند و نیروی ژانراتورهای داخل خود را تأمین می کنند.

این دست اندازها که طراح آن ها دوازده سال وقت خود را صرف طراحی آن ها کرده است، می توانند برای تأمین برق مورد نیاز چراغ های راهنمایی، علائم مورد استفاده در جاده ها و دیگر زیرساخت های شهری مورد استفاده قرار بگیرند، هر یک از این دست اندازها می توانند بسته به وزن خودروهایی که از روی آن ها عبور می کنند، ۵ تا ۵۰ کیلووات برق تولید کنند. این دست اندازها بی سر و صدا کاملا راحت هستند و برای خودروهایی که از روی آن ها عبور می کنند، هیچ خطری ندارند.

میکروب های دریایی

شاید استفاده از میکروب ها برای تولید برق کمی برای شما تعجب برانگیز باشد، اما این موضوع حقیقت دارد. محققان دانشگاه آنجلیای شرقی در حال مطالعه نوعی از میکروب ها به نام Shewanella oneidensis هستند که قادر هستند پروتئین هایی را تولید کنند که می توانند الکتریسیته را به فلزات انتقال دهند. این میکروب ها با موفقیت به صورت مصنوعی ایجاد شده اند و آزمایش آن ها در شرایط آزمایشگاهی نشان داده است که انرژی ایجاد شده در سطح پروتئین هایی که توسط این میکروب ها ایجاد شده اند، می تواند به عنوان انرژی برق مورد استفاده قرار گیرد. یکی از محققان حاضر در این پروژه تحقیقاتی اذعان کرد که محققان در پروژه های تحقیقاتی خود به این نتیجه رسیده اند که گاهی اوقات باکتری ها تاثیراتی بر مواد معدنی و فلزات می گذارند؛ اما این نخستین باری است که محققان موفق به کشف نوعی باکتری شده اند که قادر است جریان برق را به صورت مستقیم تولید کند و حتی ممکن است گونه های دیگری هم وجود داشته باشند که در انجام این کار عملکرد بهتری داشته باشند. می توان از این باکتری ها در پیل سوختی های میکروبی نیز استفاده کرد. این پیل های سوختی می توانند با خرد کردن زباله ها و ضایعات خانگی و کشاورزی و تجزیه آن ها، برق تولید کنند.

کمربندهای بادی

امروزه استفاده از توربین های بادی برای تولید برق به یک امر عادی تبدیل شده است؛ اما کمربندهای بادی یک ایده کامل جدید در بهره گیری از انرژی باد برای تولید برق هستند. این شیوه در حال حاضر در یک دهکده ماهیگیری در کشور هایتی که فاقد شبکه برق رسانی است، در حال استفاده است. در توربین های بادی، نیروی باد پره های توربین را به حرکت در می آورد و حرکت پره ها موجب تولید انرژی توسط توربین می شود؛ اما در این روش که هزینه استفاده از آن نسبت به توربین های بادی کمتر است و کارایی بیشتری هم نسبت به آن ها دارد، از یک پدیده ایرودینامیک تحت عنوان لرزش آئرودینامیک (هواکشسانی) (پدیده ای که در آن هواپیماها، ساختمان ها، پل ها و ساختارهای دیگر تحت تاثیر نیروی ایرودینامیک قرار می گیرند) برای دریافت انرژی از باد استفاده می شود.

این روش در حال حاضر در شهر هنگ کنگ و کشورهای اسپانیا و اکوادور در اشکال و مقیاس های مختلف نیز در حال استفاده است.

در این روش یک نوار پلیمری انعطاف پذیر بین دو دیواره به صورت منحنی با انحنای رو به پایین در جهت باد کشیده می شود و چند قطعه آهنربا به آن متصل می شوند. سپس هنگامی که باد می وزد، ربان بر اثر پدیده لرزش آئرودینامیک می لرزد و لرزش ربان نیز باعث لرزش آهنرباها می شود و حرکت لرزشی آهنرباها باعث می شود جریان برق در نزدیکی سیم پیچ توسط القای الکترومغناطیسی القا شود.