وقتی کشورها به دنبال منابع انرژی تابآور هستند، و سبک زندگی پایدارتر میشود، انرژی مورد نیاز این زندگی هم از منابع عجیب تامین میشود.
به گزارش «انرژی امروز» در سال ۲۰۱۱، وقتی اعلام شد که شرکت ورسستر برای گرم کردن آب یک استخر از گرمای اضافی یک کوره جسد سوزی استفاده کرده است، خشم عمومی برانگیخته شد.
حرارت کورههای جسدسوزی تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد هم میرسد و تمام این حرارت به محیط تخلیه میشود. شرکتی تصمیم گرفت تا بخشی از این حرارت را برای گرم کردن آب استخر استفاده نمایند. این کار باعث کاهش ۱۵ هزار پوند هزینه شرکت در سال میشد. اما گردانندگان مراسم تشیع اعلام کردند این کار «ترسناک» و «عجیب» است.
مخالفان گفتند این کار توهین به سکنه این منطقه است. اما این پروژه ادامه یافت و این شرکت به عنوان اولین شرکتی شناخته شد که از انرژی پاک برای برنامههای خود استفاده میکند و موفق به دریافت جایزه سیب سبز شد.
این شرکت تنها شرکتی نیست که به دنبال انرژیهای تجدیدپذیر جایگزین است. در لندن ۵۰۰ خانه وجود دارد که از حرارت حاصل از حرکت قطارها در متروی لندن استفاده میکنند.
استفاده از حرارت بدن برای گرم کردن خانهها
خطوط راهآهن استکهلم یک قدم پیش رفته و سیستم تهویه ایستگاهها گرمای بدن ۲۵۰ هزار مسافر روزانه این ایستگاه و نیز مراجعین فروشگاهها و رستورانها را نیز بازچرخش میکند.
جاهای دیگری هم وجود دارند که از گرمای بدن برای گرم کردن ساختمانها استفاده میکنند اما موفقیت استکهلم در این است که از این حرارت برای برق رسانی به یک ساختمان کاملا مجزا استفاده میکند، ساختمانی ۱۳ طبقه با ۹۰ متر فاصله از ایستگاه.
این منبع انرژی باعث شده است ساختمان مذکور ۲۰ درصد در هزینههای سالانه انرژی مورد نیاز خود صرفهجویی کند و از سویی هزینههای نصب و تعمیرات هم نداشته باشد.
قهوه، منبع جدید انرژی
شاید اسم انرژی بیودیزل به گوش همه خورده باشد اما بیو بین Bio Bean اصطلاح جدیدی است. شرکتی که دانشجویان آرشیتکت راهاندازی کردهاند، از زائدات قهوه برق تولید میکند.
معمولا کافیشاپها روزانه ۱۰ کیلوگرم زائدات قهوه را دور میریزند. آرتور کِی، موسس این شرکت، میگوید استحصال انرژی از زائدات قهوه مزایای اکولوژیکی و اقتصادی دارد. قهوه به شدت گرمازاست، یعنی با حرارت بسیار بالا میسوزد.
این شرکت انواع مختلفی محصول تولید میکند که میتواند سوخت ایدهآل جایگزینی به حساب بیایند.
از قهوه برای تولید بیودیزل هم استفاده میشود. در حالی که اگر زائدات قهوه دفن شوند، شکست و تجزیه این زائدات باعث تولید متان میشود که این خود یک گاز گلخانهای است که ۲۸ بار خطرناکتر از متان است.
دریاچههای در حال انفجار و جلبکها
در آفریقا، ذخایر زیرزمینی وسیع متان که حاصل فعالیتهای آتشفشانی است باعث شدهاند که پدیدهای به نام «دریاچههای در حال انفجار» به وجود بیایند.
در روآندا یکی از همین دریاچهها به نام دریاچه کیویو یا دریاچه قاتل وجود دارد که بخشی از گاز آن برای تولید برق استحصال شده است.
اما درحالی که به نظر میرسد هیچ کدام از این تکنولوژیها به عنوان جایگزین مستقیم سوختهای فسیلی مطرح نیستند، امیدهای زیادی برای استحصال انرژی از جلبکها وجود دارد تا بلکه این مواد طبیعی به عنوان یکی از منابع بزرگ انرژیهای تجدیدپذیر مطرح شوند.
جلبکها میتوانند سوختی ایدهآل باشند. این مواد بیشتر از ذرت یا شکر حرارت تولید میکنند، رشد جلبک به خوبی باعث بازچرخش CO2 میشود، مثل ذرت نیاز به مناطق وسیع و زمینها کشاورزی بزرگ ندارد و میتوان با آبی با کیفیت بسیار پایین هم این گیاهان را رشد داد. از طرفی این خاصیت آخری باعث شده است بتوان از جلبکها به عنوان تصفیه کننده آب هم استفاد کرد.
مرکز تحقیقات محیط زیست و انرژی هم میگوید که جلبکها میتوانند بسیار کاراتر از دیگر محصولاتی گیاهی باشند که برای تولید بیوسوخت کشت میشوند.
محققان میگویند برعکس دیگر دانههای روغنی که در هر ایکر ۱۰ تا ۱۰۰ گالن روغن تولید میکنند، جلبکها تولیدکنندگان میلیونی روغن هستند و قادرند هزار تا ۵ هزار گالن روغن در هر ایکر تولید نمایند.
در حالی که اقتصاد مزارع جلبک بسیار تابآور است و سازمان بیومس جلبکی معتقد است روغن حاصل از جلبک به زودی خواهد توانست با سوختهای فسیلی برپایه نفت رقابت کند.
آنطور که وزارت انرژی ایالات متحده گفته است، جلبکها قادرند ۶۰ برابر سوخت بیشتری از دیگر مزارع تولید گیاهان بیوسوخت تولید نمایند .
بنابراین چرا جلبک نتواند به عنوان منبع انرژی در آینده مطرح باشد؟
رییس اکسونموبیل و وزیر امور خارجه کنونی ایالات متحده، رکس تیلرسون سال گذشته گفته بود که ۲۵ سال زمان لازم است که سوخت جلبک بتواند به صورت تجاری در دسترس عموم باشد، اما اکسون موبیل از سال ۲۰۰۹، حدود ۶۰۰ میلیون دلار بر روی این تکنولوژی سرمایهگذاری کرده است.
اولین بار ساختمانهایی که انرژی آنها با جلبک تامین میشد در سال ۲۰۱۳ و در هامبورگ ساخته شدند. ساختمانی با ۲۰۰ متر مربع مساحت حاوی بیوراکتورهای نوری در نمای ساختمان.
این پنلهای جلبکی، حاوی ریزجلبکهایی هستند که حرارت و بیومس تولید میکنند و برق مورد نیاز ساختمان را تامین میکنند.
این بیوراکتورها هم انرژی تجدیدپذیر برای ساختمان فرآهم میکنند هم سایه برای خنک کردن ساختمان و از سویی نمای زیبایی هم به ساختمان میدهند.
طوفانهای خورشیدی
اخیرا منابع انرژی بادی و خورشیدی پیشرفتهای چشمگیری یافتهاند و تولید این نوع انرژی ارزانتر هم شده است.
اما دانشمندان در حال بررسی توسعه استفاده از «باد خورشیدی» هستند، جریان پلاسمایی که خورشید ساطح میکند و پدیده شفق شمالی یا شفق قطبی را ایجاد میکند. باد خورشیدی حاوی الکترونها و فوتونهایی است که با سرعت یک میلیون مایل در ساعت از خورشید جدا میشوند.
دانشمندانی که برروی این سیستم کار میکنند میگویند میتوان یک میلیارد میلیارد گیگاوات یا ۱۰۰ میلیارد برابر انرژی مورد نیاز هماکنون کره زمین را از این طریق به دست آورد اما فعلا کار بسیار سختی است.
برگرفته از سایت:
https://www.aparat.com/v/Hut47
برگرفته از سایت:
سلول های خورشیدی پروسکایتی
درسال های اخیر شاهد گسترش سریع سلول های خورشیدی نوظهور، که اغلب نسل سوم نامیده می شوند، بوده ایم. سلول های خورشیدی بر پایه پروسکایت هالید آلی-معدنی، به این دسته تعلق دارند. بازده سلول های خورشیدی با استفاده از این مواد از %۳/۸ در سال ۲۰۰۹ به بازده تایید شده %۱۶/۲ در پایان سال ۲۰۱۳، %۱۷/۹ در سال ۲۰۱۴ و در حال حاضر، طبق گزارش رسمی NREL به بازده %۲۲/۱ رسیده است که این بازده بسیار نزدیک به بازده سلول های خورشیدی سیلیکونی و CIGS می باشد.
لایه جاذب نور در این نوع سلول های خورشیدی شامل یک ترکیب با ساختار پروسکایت است که معمولترین آن یک هیبرید آلی-معدنی سرب (Methylammonium lead iodide perovskite) می باشد. خصوصیات اپتیکی بسیار خوب از جمله ضریب جذب بالا و گاف انرژی مناسب، باعث شده تا این ترکیبات برای کاربردهای جذب نور (Light harvesting) در زمینه فوتوولتائیک بسیار مناسب باشند.
متیل آمونیوم سرب یدید یک ترکیب نیمه هادی ambipolar است که می تواند هم الکترونها و هم حفره ها را به الکترودهای جمع کننده مربوطه انتقال دهد. به این دلیل است که سلول های خورشیدی پروسکایتی حتی در عدم حضور لایه انتقال دهنده حفره و یا رسانای الکترون (Electron conductor) نیز می توانند عمل کنند. خصوصیات منحصر به فرد پروسکایت سرب یدید، همچنین قیمت پایین و سادگی فرایند پذیری موجب شده تا این ترکیب برای کاربرد در سلول های خورشیدی نسل سوم با بازده بالا و ارزان، بسیار مطلوب باشد.
ساختار سلول خورشیدی متخلخل پروسکایتی استاندارد (Standard mesoscopic perovskite solar cell) از شیشه پوشش داده شده با FTO، لایه ای از TiO2 (به عنوان ماده انتقال دهنده الکترون و داربست)، لایه جاذب نور پروسکایت، لایه انتقال دهنده حفره و الکترود پشتی طلا یا نقره تشکیل شده است که این الکترود می تواند با ترکیبات دیگر همچون کربن جایگزین شود.
متداولترین ماده ای که به عنوان انتقال دهنده حفره در سلول های خورشیدی پروسکایتی مورد استفاده قرار می گیرد ترکیب پلیمری Spiro-OMeTADمی باشد. ویژگیهای مورد توجه این ترکیب از جمله دمای انتقال شیشه ای مناسب، حلالیت، پتانسیل یونیزاسیون و شفاف بودن در رنج طیف مرئی باعث شده تا این ترکیب گزینه مناسبی برای این کاربردها باشد. به منظور افزایش تحرک پذیری حفره ها می توان از ترکیبات افزودنی همچون نمکی از لیتیوم (LiTFSI) و ترت-بوتیل پیریدین به همراه این ترکیب استفاده کرد.
پلی تری آریل آمین (PTAA) نیز به عنوان الکترولیت جامد و انتقال دهنده حفره (HTM) در سلول های خورشیدی، بخصوص سلول های خورشیدی پروسکایتی بکار می رود، این ترکیب قابلیت انحلال در حلال های آلی از جمله کلروبنزن و تولوئن را دارد. امروزه ایده های جدید و روشهای متنوعی به منظور ساخت سلول های خورشیدی با بازدهی بالا به کار گرفته شده و مورد توجه بسیاری از محققین است. این امر نشان دهنده راه طولانی است که تا رسیدن به سلول های کاملا بهینه شده، پیش رو می باشد. کیفیت و خلوص مواد اولیه، روشهای لایه نشانی مناسب، ضخامت لایه ها و استفاده از حلالهای بدون آب از جمله مواردی هستند که در بدست آوردن بازده بالا و سایر نتایج مطلوب سلول های ساخته شده تاثیر بسزایی دارند.
پیش ماده های مورد نیاز برای ساخت پروسکایت عبارتند از سرب یدید (PbI2) متیل آمونیوم یدید (MAI) و دی متیل فرمامید (DMF) که یکی از حلال های رایج مورد استفاده در سنتز است. متیل آمونیوم یدید CH3NH3I به عنوان قسمت آلی ترکیبات پروسکایتی مورد استفاده قرار می گیرد و همراه با ترکیب سرب یدید در حلال DMF بصورت همزمان یا بصورت مجزا در حلال ایزوپروپانول حل شده و سپس با استفاده از روش لایه نشانی چرخشی و یا غوطه ور کردن، لایه نشانی می شود. با توجه به حساسیت مواد پروسکایت به حضور حتی مقادیر کم آب، گاهی نیاز است که DMF آب گیری شود.
از نظر تئوری، بیشنیه بازده سلول خورشیدی پروسکایتی (MAPbI3) با ضخامت یک میکرون، ۲۶% می باشد که بسیار بالاتر از بازده سلول خورشیدی GaAs با ضخامت مشابه است. این امر نشان دهنده قابلیت بالای تجاری سازی این سلولها است. سلول های خورشیدی پروسکایتی تاکنون عملکرد مناسبی تا ۱۰۰۰ ساعت داشته اند ولی هنوز این نتایج برای تجاری سازی سلول ها کافی نیست. طول عمر این سلول ها باید به بیش از ۲۰ سال برسد. این امر با فهم دقیق مکانیسم عملکرد سلول و عوامل موثر بر آن، فرمولاسیون مناسب جوهرهای پروسکایت جهت لایه نشانی و بهره برداری از شیمی مواد و تکنولوژی های جدید به منظور کپسوله کردن سلول ها امکان پذیر خواهد بود. کاهش هزینه مواد و فرایندهای ساخت، چالش مهم دیگری در راه تجاری سازی این سلول ها است.
برگرفته از سایت: