بهره‌گیری از گیاهان صحرایی برای تولید برق

استفاده از گیاهانی نظیر انواع کاکتوس که مقاومت بالایی در برابر کم آبی دارد، می تواند به تولید برق از طریق زیست توده کمک کند.

تولید انرژی الکتریکی از سوخت‌های فسیلی به علت آلایندگی هوا، رویکرد مناسبی نیست. یکی از راهکارهای جایگزین، استفاده از ضایعات کشاورزی و یا سوخت‌های به دست آمده از آن (سوخت زیستی) برای تولید برق است. مشکل اینجاست که زیر کشت بردن زمین‌های حاصلخیز برای این محصولات، سبب به خطر افتادن امنیت غذایی جهان و کمبود مواد کشاورزی خوراکی می‌شود. به همین دلیل گروهی از پژوهشگران به فکر بهره‌گیری از شیوه‌هایی جایگزین افتاده‌اند.

یکی از این پژوهشگران «مایک میسن» (Mark Mason) نام دارد. وی در حال حاضر با دانشگاه آکسفورد در حال پژوهش برای ساخت موتورهای الکتریکی با وزن بسیار کم و نیز شیوه تجزیه بدون هوای زیست توده برای تولید برق است. او در مصاحبه‌ای با مجله نیوساینتیست، از جزئیات این پژوهش و تاثیری که می‌تواند بر محیط زیست داشته باشد توضیحاتی ارائه کرده است.

لطفا در مورد رویکردتان درباره تولید انرژی توضیح دهید.

ما از شیوه تجزیه بدون هوا (یعنی تجزیه مواد آلی در نبود اکسیژن) برای تبدیل زیست توده گیاهان به گاز برای تولید برق استفاده می‌کنیم.

یکی از ایراداتی که به سوخت‌های زیستی وارد می شود این است که پرورش گیاهان به این منظور سبب کاهش محصولات کشاورزی خوراکی می‌شود. درست است؟

بله. به همین دلیل است که نیاز به گیاهانی با رشد سریع در مناطقی که کشاورزی در آن صورت نمی‌گیرد داریم. به نظر می‌رسد که دسته از گیاهان که در بردارنده انواع کاکتوس‌ها هستند، می‌تواند راه حل ما باشند. این گیاهان می‌توانند در مناطق نیمه خشک که امکان کشاورزی در آنها وجود ندارد رشد یابند.

پرورش این گیاهان چه امتیازی دارد؟

این گیاهان می‌تواند به ازای مقدار اندکی آب، حجم زیادی زیست توده به ما بدهند. گیاهان معمولی در جریان دریافت دی اکسید کربن در طی روز برای فتوسنتز، حجم زیادی از آب خود را در قالب تبخیر از دست می‌دهند. اما گیاهانی همانند کاکتوس (که در اصطلاح CAM نامیده می شوند) از شیوه ای دیگر بهره می‌برند و در هنگام شب (که دما پایین تر است) دی اکسید کربن را جذب و سپس در هنگام روز و در برابر نور خورشید، فتوسنتز را انجام می‌دهند. به این ترتیب برخی از این گیاهان می‌توانند با یک دهم مقدار آب گیاهان معمولی، زیست توده به ما بدهند. تیم پژوهشی ما در دانشگاه آکسفورد با بررسی برخی انواع کاکتوس توانسته به نتایج ارزشمندی در این زمینه دست یابد.

برای پرورش این گیاهان به چه مقدار زمین نیاز است؟

در حال حاضر حدود 300 میلیون هکتار زمین نیمه خشک در سراسر جهان وجود دارد که یا از آن استفاده‌ای نمی‌شود و یا استفاده از آن محدود است. این گیاهان می‌توانند انرژی الکتریکی معادل با میزان برق تولید شده از گاز طبیعی در حال حاضر را تولید کنند.

تا چند وقت دیگر این فناوری در دسترس خواهد بود؟

این گیاهان فعلا در دسترس هستند. همچنین می‌توان با روش‌های علمی، میزان تولید آنها را افزایش داد. با این حال اصلی‌ترین مشکلی که با آن روبرو هستیم، فرآیند تجزیه بدون هوا است که بسیار کند و نسبتا گران است. معده گاو می‌تواند این فرایند را تا 30 برابر سریع‌تر به انجام برساند. اگر بتوانیم آن فرآیند را به نوعی الگوبرداری کنیم، شاید بتوان از هزینه‌های این شیوه کاست.

مطمئناً زمین‌هایی که می‌خواهید استفاده کنید خالی نیستند.

بله. به زحمت می‌توان زمین‌هایی استفاده نشده را در سراسر دنیا یافت. با این حال مساله این است که بسیاری از مناطق دنیا، دارای زمین‌هایی با بازدهی بسیار اندک هستند. برای نمونه در شرق آفریقا و برخی مناطق اطراف مدیترانه، انبوهی از این زمین‌ها می‌بینیم. کاشت گیاهان CAM می‌تواند این مناطق را متحول کند. این گیاهان می‌توانند انرژی، آب و مواد مغذی را جذب کنند. همچنین فرآیند ناهوازی سبب می‌شود که آب دارای این مواد مغذی دوباره به طبیعت باز گردد که برای این مناطق می‌تواند بسیار ارزشمند باشد. ما در حال بررسی استفاده از این آب برای تولید «عدسک آبی» (Lemna) هستیم. عدسک آبی نوعی گیاه شناور بر روی آب است که مقدار زیادی پروتئین تولید می‌کند و می‌توان از آن برای تغذیه ماهی و دام‌های زنده بهره گرفت. باید بتوانیم از همین زمین‌ها، انرژی، پروتئین و آب به دست آوریم.

این شیوه چه تاثیری بر اقلیم این مناطق دارد؟

من آدم بلندپروازی هستم. هدفم انجام پروژه‌هایی برای کاهش چند میلیارد تنی آلاینده‌های کربنی است. طراحی شیوه‌هایی بدون آلایندگی برای تولید انرژی می‌تواند تاثیراتی قابل توجه بر تغییرات اقلیمی داشته باشد.

برگرفته از سایت:

http://sinapress.ir/news/13935/%D8%A8%D9%87%D8%B1%D9%87%E2%80%8C%DA%AF%DB%8C%D8%B1%DB%8C-%D8%A7%D8%B2-%DA%AF%DB%8C%D8%A7%D9%87%D8%A7%D9%86-%D8%B5%D8%AD%D8%B1%D8%A7%DB%8C%DB%8C-%D8%A8%D8%B1%D8%A7%DB%8C-%D8%AA%D9%88%D9%84%DB%8C%D8%AF-%D8%A8%D8%B1%D9%82

سال‌ها پس از خروج هیزم از بخاری​ها، دستاوردهای فناورانه جدید راه را بر ورود مجدد گیاهان به حوزه انرژی باز کرده است

مزارع تولید برق!

بی‌شک انرژی در زندگی و حیات انسان نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند تا جایی که بسیاری از کارشناسان بر این باورند رشد اقتصادی کشورها در گرو دستیابی به راهکارهایی برای مقابله با بحران انرژی است. با توجه به روند روز افزون بهره‌برداری از منابع تجدیدناپذیر انرژی در سال‌های اخیر، این منابع رو به پایان است و در نتیجه استفاده از منابع تجدیدپذیر که قابلیت بازگشت مجدد به طبیعت ویژگی منحصربه‌فرد آن محسوب می‌شود، به عنوان جایگزینی مناسب برای رفع عطش سیری‌ناپذیر انسان به انرژی مورد توجه قرار گرفته است.

بسیاری از محققان در سراسر دنیا در تلاشند برای جلوگیری از مواجه شدن با بحران انرژی از منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی استفاده کنند. نیاز روزافزون به انرژی در دنیایی که زندگی می‌کنیم، انکارناپذیر است و اگر در این حوزه توجه کافی نشود نه‌تنها زندگی انسان‌ها، بلکه زندگی همه موجودات ساکن در این کره خاکی در معرض خطر قرار می‌گیرد. به همین دلیل تلاش برای دستیابی به روش‌هایی برای دستیابی به منابع پاک و تجدیدپذیر انرژی ضروری است.

نیروگاه‌های گیاهی

نتایج به دست آمده از سال‌های طولانی تحقیق و مطالعه نشان می‌دهد گیاهان یکی از مهم‌ترین و بهترین گزینه‌های موجود در سطح زمین برای به دام انداختن انرژی خورشیدی هستند. از این رو گروهی از محققان در تلاش هستند به راهکارهایی برای شبیه‌سازی فرآیند فتوسنتز در ابزارهایی مانند برگ‌های مصنوعی دست یابند. محققان دانشگاه جورجیا در این زمینه به موفقیت‌هایی دست یافته‌اند که می‌تواند به منزله دستیابی به معنی و مفهوم جدیدی از واژه نیروگاه‌های گیاهی باشد. در این فناوری پیش از این که انرژی در فرآیند فتوسنتز مورد استفاده گیاه قرار گیرد، این انرژی به دام انداخته می‌شود و به این ترتیب می‌توان از آن برای تامین انرژی مورد نیاز ابزارهای الکترونیکی که به انرژی خیلی زیادی نیاز ندارند، استفاده کرد. در فرآیند فتوسنتز در نتیجه تجزیه مولکول‌های آب به اتم‌های هیدروژن و اکسیژن، انرژی نور خورشید به انرژی شیمیایی تبدیل می‌شود. در این فرآیند الکترون‌هایی آزاد می‌شود. این الکترون‌ها در تولید مولکول‌های قندی که گیاه از آنها به عنوان منبع سوختی برای رشد و تولید مثل استفاده می‌کند، نقش مهمی دارد. فناوری ارائه‌شده توسط این گروه از محققان در فرآیند فتوسنتز وقفه‌ای ایجاد می‌کند و پیش از این که الکترون‌ها از سوی گیاه برای تولید قند مورد استفاده قرار گیرد، فرآیند فتوسنتز قطع‌شده و مسیرهای حرکت الکترون‌ها برای تغییر ساختار پروتئین‌های موجود در تیلاکوئید تغییر پیدا می‌کند.

تیلاکوئید‌ها محفظه‌های متصل به دیواره غشایی هستند که در محل انجام واکنش‌هایی از فرآیند فتوسنتز که در حضور تابش نور خورشید انجام می‌شود، قرار داشته و مسئولیت دریافت و ذخیره انرژی نور خورشید را بر عهده دارند. آن دسته از تیلاکوئید‌هایی که در ساختار آنها تغییراتی ایجاد شده و به اصطلاح ساختار آنها اصلاح شده است با قرار گرفتن نانو لوله‌های کربنی در مجاورت آنها بی‌حرکت شده و به عنوان رساناهای الکتریکی عمل می‌کنند که می‌توانند الکترون‌ها را به دام بیندازند و آنها را امتداد یک سیم حامل جریان الکتریکی به حرکت درآورند.

باغچه را به پریز وصل کن

محققان پیش‌بینی می‌کنند در آینده‌ای نه‌چندان دور بتوانند از این سیستم برای تامین انرژی مورد نیاز بسیاری از ابزارهای الکترونیکی که مصرف برق بالایی ندارند، استفاده کنند. بنابراین دور از انتظار نیست بتوانید در آینده‌ای نزدیک از درختی که در باغچه حیاط‌تان است به عنوان یک منبع دائم برای تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز تلویزیونی که در خانه دارید، استفاده کنید.

شاید بتوان گفت این فناوری بهترین منبع انرژی برای حسگرهایی با قابلیت کنترل از راه‌دور و همچنین ابزارهای الکترونیکی همراه است که در مقایسه به انرژی الکتریکی کمتری نیاز دارند. اگر بتوانیم از قدرت نفوذ و قابلیت‌های بی‌نظیر فناوری‌هایی مانند مهندسی ژنتیک استفاده کنیم تا عملکرد فرآیند فتوسنتز را در گیاهان ارتقاء دهیم در این شرایط می‌توان امیدوار بود این فناوری بتواند رقیبی جدی برای صفحات خورشیدی باشد و در آینده‌ای نزدیک جایگزین آن شود.

در حال حاضر، محققان در تلاش هستند با بهبود ثبات و راندمان این فناوری به مرحله‌ای برسند که بتوانند نیروگاه‌های خورشیدی را به تولید انبوه رسانده و به عنوان نسل جدیدی از باتری‌ها روانه بازار کنند. اگرچه در حال حاضر بازده الکتریکی این فناوری در حد متوسط است، اما نباید از یاد برد 30 سال گذشته سلول‌های سوختی هیدروژنی نیز وضع مشابهی داشتند و امروزه فناوری ساخت صفحات خورشیدی به اندازه‌ای پیشرفت کرده است که می‌توان از آنها برای تامین انرژی مورد نیاز برای به حرکت درآوردن اتومبیل‌ها، اتوبوس‌ها و حتی انرژی مورد نیاز ساختمان‌های چند طبقه هم استفاده کرد.

ژنراتوری از جنس باکتری

زمین‌های مرطوب 6 درصد از سطح زمین را اشغال می‌کنند. شاید به نظر برسد این مناطق از جمله قسمت‌هایی از سطح زمین است که هیچ کاربردی ندارد، اما گروهی از محققان هلندی که در زمینه طراحی و ساخت فناوری سلول‌های سوختی میکروبی ـ گیاهی تحقیق می‌کنند به نتایجی جالبی دست یافته‌اند که نشان می‌دهد می‌توانند از زمین‌های مرطوب به‌عنوان منبعی مناسب برای دستیابی به انرژی‌های تجدید‌پذیر استفاده کنند. این گروه بر این باورند این فناوری می‌تواند در مناطقی که به برق دسترسی ندارند منبعی دائم برای دستیابی به انرژی الکتریکی باشد و حتی در ساختمان‌های چند طبقه نیز می‌توان با توسعه پشت‌ بام‌های سبز از این فناوری به‌عنوان راهکاری برای تامین انرژی مورد نیاز ساکنان استفاده کرد. برخلاف بیوگاز که در نتیجه فرآیند گوارش در شرایط بی‌هوازی یا تخمیر زیست توده یا بیومس تولید می‌شود، فناوری سلول‌های سوختی میکروبی ـ گیاهی در حالی که گیاه به رشد خود ادامه می‌دهد، انرژی تولید می‌کند. ویژگی مهم این فناوری در این است که در رشد گیاه اختلالی ایجاد نمی‌کند و در نتیجه نمی‌تواند تهدیدی علیه محیط‌زیست باشد. در این روش از 70 درصد مواد آلی که از طریق فرآیند فتوسنتز در گیاه تولید شده است، استفاده می‌شود که گیاه نمی‌تواند از آن استفاده کند و از طریق ریشه‌های گیاه خارج می‌شود.

در شرایط طبیعی، باکتری‌هایی که در مجاورت ریشه گیاهان زندگی می‌کنند بقایای مواد آلی گیاهی را تجزیه کرده و الکترون‌ها به‌عنوان ضایعات فر‌آیند فتوسنتز در مجاورت ریشه گیاه آزاد می‌شوند. اگر بتوان الکترودی را در مجاورت این باکتری‌ها قرار داد، می‌توان این الکترون‌ها را جذب کرده و در نتیجه نیروی الکتریکی تولید کرد. در این روش به ازای هر متر مربع پوشش گیاهی که سطح زمین را می‌پوشاند، 0.4 وات انرژی تولید می‌شود که اگرچه ناچیز است، اما به مراتب بیشتر از مقدار انرژی است که در نتیجه تخمیر زیست توده به دست می‌آید. به گفته محققان در آینده‌ای نزدیک می‌توان سیستم‌هایی را طراحی کرد که در هر مترمربع پوشش گیاهی 3.2 وات انرژی تولید ‌کند. با این حساب در پوشش گیاهی که پشت بامی به مساحت یکصد مترمربع را می‌پوشاند، می‌تواند انرژی مورد نیاز مصرف برق خانگی را برای مصرف متوسط 2800 کیلووات در ساعت تأمین کند. در این فناوری می‌توان از انواع مختلفی از گیاهان مانند چمن که متداول‌ترین پوشش گیاهی است، استفاده کرد. انرژی تولیدی توسط این روش، جریان برق مستقیم با ولتاژ نسبتا پایین است که می‌توان به‌طور مستقیم از آن برای شارژ باتری‌ها و همچنین روشن کردن چراغ‌های LED استفاده کرد.

برگرفته از :

http://press.jamejamonline.ir/newspreview/1053504483343887901