باز هم پای خورشید در میان است

بخار آب به دست آمده از این روش را بخار خورشیدی نامیده‌اند. آزمایشگاه دانشگاه رایس با معرفی این تکنولوژی جدید مدعی شده می‌تواند از آب سرد و یخ‌زده، بخار تولید کند. مخترعان انتظار دارند این روش بتواند در وهله نخست برای تصفیه آب و فاضلاب آن هم در کشورهای در حال توسعه به‌کار گرفته شود. برآوردها حاکی از آن است که در مجموع کارایی این روش چیزی حدود 24 درصد است. در مقام مقایسه یادآوری می‌شود صفحات خورشیدی فتوولتائیک معمولا چیزی حدود 15 درصد کارایی دارند.

محققان می‌گویند به هیچ‌وجه انتظار ندارند از این روش برای تولید انرژی الکتریکی استفاده شود، بلکه 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 تکنولوژی منحصربه‌فردی است که بجز تولید الکتریسیته حرف‌های زیادی برای گفتن دارد. با استفاده از این روش، نحوه تفکر انسان‌ها نسبت به بهره‌برداری از انرژی خورشیدی کاملا دگرگون خواهد شد.

نحوه عملکرد

عملکرد منحصربه‌فرد روش بخار خورشیدی به واسطه ذرات نانویی ویژه‌ای است که تیم تحقیقاتی موفق به تولید آنها شده است. این ذرات می‌تواند بخش قابل‌توجهی از انرژی نور خورشید را به خود جذب کند. این ذرات نانو قابلیت دارد نور خورشید را مستقیم به حرارت تبدیل کند.

وقتی ذرات نانو در آب غوطه‌ور می‌شوند و در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد، درجه حرارت آنها به طرز شگفت‌آوری افزایش پیدا می‌کند.

افزایش آنی درجه حرارت این ذرات سبب می‌شود آب یا یخ بسرعت به بخار تبدیل شود. پروفسور هالاس می‌گوید کارایی فوق‌العاده این انرژی می‌تواند بشدت در تصفیه موثر واقع شود.

او می‌افزاید: ما در حال انجام کاری متمایز هستیم. در واقع قصد داریم از دوران گرم کردن آب در مقیاس ماکرو به عصر جدید جوشاندن آب سرد در مقیاس نانو برسیم. ذراتی که ما از آنها صحبت می‌کنیم، خیلی کوچک هستند حتی کوچک‌تر از طول موج‌های نوری و این یعنی سطح ذرات برای پراکندن و بازتاباندن نور هم فوق‌العاده کوچک است.

افزایش شدید درجه حرارت این امکان را برای محققان به‌وجود آورده که بتوانند در محل، بخار تولید کنند. اما این موضوع را هم در نظر داشته باشید که بخار روی سطح ذرات نانو تشکیل می‌شود. ایده تولید بخار در محل به نظر غیرممکن است، اما این ایده در حال حاضر به منصه ظهور رسیده است.

اورا نیومن، یکی از دانشجویان فارغ‌التحصیل دانشگاه رایس است. وی برای اثبات عملی بودن این ایده یک لوله آب آزمایشگاهی را که حاوی ذرات نانو فعال بود در یک حوضچه آب یخ غوطه‌ور می‌سازد. خانم نیومن از یک لنز مخصوص استفاده کرد تا از این طریق بتواند نور خورشید را بر مخلوط لوله آزمایش که درجه حرارت آن نزدیک به نقطه انجماد است، متمرکز کند. فیلم‌ها و تصاویر برداشت شده توسط او نشان می‌دهد وی توانسته یخ را بسرعت به بخار تبدیل کند.

کاربردها

بخار یکی از پرکاربردترین سیالات صنعتی است. حدود 90 درصد برق جهان از بخار تولید می‌شود. از بخار برای استریل زباله‌های پزشکی و ابزارهای جراحی استفاده می‌شود.

استفاده از بخار برای آماده کردن غذا و تصفیه آب نیز جایگاه خاص خود را دارد. بخش اعظم بخار صنعتی در بویلرهای بزرگی تولید می‌شود که برای تولید حرارت از زغال سنگ یا نفت استفاده می‌کنند. پروفسور هالاس می‌گوید کاربری گسترده بخار خورشیدی این امکان را فراهم می‌سازد که تولید بخار از نظر اقتصادی مقرون به صرفه‌تر باشد. مهم‌تر از آن تولید بخار در مقیاس‌های خیلی کوچک است. مهندسان دانشگاه رایس پیشتر اتوکلاوهایی از این دست را برای استریل وسایل پزشکی و ابزارهای دندانپزشکی کلینیک‌هایی که با کمبود برق مواجه هستند، طراحی کردند.

پروفسور هالاس بتازگی موفق شده جایزه مرکز بیل و ملیندا گیتز را به دلیل طراحی و ساخت یک سیستم اولترا در مقیاس فوق‌العاده کوچک به‌دست بیاورد. این سیستم قابلیت دارد فاضلاب انسانی را در مناطقی که با کمبود برق روبه‌روست یا در مناطقی که به هیچ‌وجه سیستم‌های تصفیه فاضلاب ندارد، تصفیه کند. خانم نیومن معتقد است بخار خورشیدی به دلیل کارایی‌اش بسیار مورد توجه بازار قرار خواهد گرفت.

این تکنولوژی مستلزم استفاده گسترده از پانل‌های خورشیدی نیست. در واقع تجهیزات لازم برای بهره‌برداری از این تکنولوژی بسیار کوچک است، به عنوان مثال شاید حتی چند سانتی‌مترمربع هم برای پیاده‌سازی تجهیزات آن کفایت کند.

یکی دیگر از پتانسیل‌های استفاده از این تکنولوژی در سیستم‌های تهویه مطبوع و گرمایشی است که مصرف برق قابل‌توجهی دارد. تجربه‌های گوناگون پروفسور هالاس و همکارانش در زمینه تقطیر نیز نشان می‌دهد کارایی بخار خورشیدی حدود 5/2 مرتبه بیشتر از ستون‌های تقطیری است که در حال حاضر از آنها استفاده می‌شود. پروفسور هالاس استاد مهندسی کامپیوتر و برق، استاد رشته فیزیک ـ شیمی و استاد طب بیولوژیکی نیز است.

وی به عنوان یکی از مشهورترین استادان رشته شیمی به‌منظور اجرایی شدن این پروژه گام‌های زیادی برداشته است. آزمایشگاه وی هم‌اکنون به صورت تخصصی روی ذرات فعال نوری مطالعه می‌کند. یکی از مشهورترین ابداعات وی تولید حفاظ‌های نانو از طلاست. این نوآوری وی به طور گسترده‌ای در مراکزی که در زمینه سرطان تحقیق می‌کنند، مورد توجه قرار گرفت.

هالاس و همکارانش در تحقیقات مربوط به درمان سرطان ذراتی را انتخاب کردند که تنها در چند طول موج نوری مشخص می‌توانند فعل و انفعال انجام دهند، در حالی که در پروژه بخار خورشیدی عملا ذراتی طراحی کردند که در طیف نوری وسیع‌تری می‌توانند فعل و انفعال انجام دهند. این ذرات نانو هم توسط نور مرئی خورشید و هم توسط طول موج‌های کوتاه‌تر که برای انسان قابل رویت نیست، فعال می‌شود.

تیم تحقیقاتی پروفسور هالاس عملا هیچ قانون ترمودینامیکی را تغییر نداده، بلکه آنها با استفاده از همان قوانین آب را فقط با یک روش کاملا متفاوت به جوش آورده‌اند.

فرناز حیدری - جام‌جم