اقتصاد دانش بنیان

شیوه ای کارآمد و پایدار برای تولید مبدلهای خورشیدی - حرارتی

خورشيدي پرانرژي تر

اخيرا گروهي از محققين روشي ساده، کم هزينه و سازگار با محيط زيست براي توليد نوعي جذب کننده گزينشي خورشيدي (Selective Solar Absorber /SSA) با کارآيي بسيار بالا و قابليت توليد انبوه يافته اند. جذبکنندههاي گزينشي خورشيدي يا SSAها موادي هستند که نور خورشيد را به گرما تبديل ميکنند تا براي مصارف مختلفي مانند گرم کردن و جوشاندن آب و يا تامين گرماي خانه ها مورد استفاده قرار گيرد.

دکتر ياون ينگ، استاديار رشته علم مواد و مهندسي در دانشگاه کلمبيا، سرپرست اين تيم تحقيقاتي است و اساتيد ديگري از گروه شيمي دانشگاه کلمبيا و دانشگاه استنفورد نيز با او همکاري کرده اند. اين تيم تحقيقاتي براي توليد اين محصول از روش خيساندن و خشک کردن (dip-and-dry) استفاده کردهاند، بدين صورت که نوارهاي پوشيده شده با يک فلز واکنش پذير وارد محلولي ميشود که حاوي يونهاي يک فلز با واکنشپذيري کمتر است. به اين ترتيب، فويلهاي پوشيده شده از نانوذرات پلاسمونيک به وجود ميآيند که در هر زاويه تابش خورشيد، کارايي مشابه يا حتي بهتر از SSAهاي موجود دارند.

اين فويلها همچنين به علت طراحي زاويه بازشان در تمام طول روز و صرف نظر از زاويه تابش خورشيد، کارايي و راندمان بالاي خود را حفظ ميکنند. به گفته اين تيم تحقيقاتي، روش آنها براي توليد اين نوع SSAها ساده، کمهزينه و سازگار با محيط زيست بوده و اين شيوه ميتواند جايگزين مناسبي براي روشهاي فعلي در توليد جذب کننده هاي گزينشي خورشيدي باشد.

پروفسور ياون ينگ ميگويد: «يافتن روشي ساده و کم هزينه براي ساخت SSAهاي با عملکرد بالا بسيار ضروري به نظر ميرسيد. ما بسيار خرسنديم که توانستيم با روشي نسبتا ساده SSAهايي توليد کنيم که از نظر عملکرد بهتر از نمونه هاي موجود تجاري عمل ميکنند. تا جايي که ميدانيم اين اولين باري است که يک جذب کننده خورشيدي پلاسمونيک به اين شيوه توليد شده و قابليت توليد انبوه و هزينه پايين توليد آن، ما را به تامين انرژي مورد نياز مردم از طريق انرژي خورشيدي نزديکتر ميکند.»

جذب نور خورشيد براي توليد انرژي تجديدپذير همچنان جزو اولويتهاي دانشمندان است و استفاده از تبديل کننده هاي خورشيدي - حرارتي براي جذب نور خورشيد و تبديل آن به گرما با کارايي بالا، مسير روشني را براي جذب هرچه بيشتر انرژي خورشيد نويد ميدهد؛ اما يافتن راهي براي تبديل کارامد و کم هزينه، همواره چالش پيش روي دانشمندان در اين مسير بوده است.

 از آنجا که SSAها داراي خواص مختلف نوري هستند، وسيله مناسبي براي جذب تابشهاي خورشيدي - حرارتي محسوب ميشوند. آنها نسبت به تمام طيفها و رنگهاي نور خورشيد (از اشعه يو وي گرفته تا نور مرئي و مادون قرمز) کاملا سياه هستند و به همين علت ميتوانند تقريبا همه نور خورشيد را جذب و گرماي زيادي توليد کنند. از طرف ديگر، SSAها متاليک هستند و حرارت و گرما را بازتاب نميکنند. يعني تمام انرژي جذبشده در آن باقي ميماند و ميتواند براي مصارف مختلفي مانند گرم کردن آب يا توليد بخار مورد استفاده قرار گيرد.

تاکنون بيشتر SSAها با روشهاي پيچيده، پرهزينه و غير سازگار با محيط زيست مانند رسوب خلأ توليد ميشدند که باعث محدوديت دسترسي به آنها ميشد. در مقابل، روش جديد خيساندن و خشک کردن که ميتواند با هزينه پايين

SSAهاي بسيار باکيفيت و با کارايي بالا و بدون خطرهاي محيط زيستي توليد کند، بسيار قابل توجه است.

تيم تحقيقاتي دانشگاه کلمبيا دريافته است که با وارد کردن نوارهاي پوشيده شده از فلز روي به داخل محلول حاوي يونهاي مس، از طريق واکنش جابه جايي گالوانيک نانوذرات مس که جذب کننده نور خورشيد هستند، بر نوارهاي فلز روي شکل ميگيرند.

به گفته يکي از اعضاي اين تيم: «زيبايي اين فرايند اين است که به سادگي انجام ميشود. تمام وسايل مورد نياز ما عبارت بودند از نوارهاي فلزي، قيچي براي بريدن نوارهاي فلزي، يک محلول نمک و زمان سنجي که با آن زمان پروسه خيساندن را اندازه گيري ميکرديم!» اين محصول توليد شده، مشکل ديگري را که سطوح جاذب خورشيدي با آن مواجه بودند نيز حل کرده است. چرا که سطح آن داراي زاويه بسيار باز است و ميتواند در تمام طول روز (از طلوع تا غروب) نور خورشيد را جذب کند. در آزمايشهاي انجام شده، اين SSAهاي جديد در زمان بالا بودن خورشيد 97 درصد و در هنگام طلوع و غروب 80 درصد جذب داشتهاند که بسيار بالاتر از نمونه هاي قبلي است.

اين تيم تحقيقاتي قصد دارد در آينده ترکيب فلزهاي ديگري (غير از روي - مس و روي - نقره) را نيز براي يافتن محصولات با کارايي بالاتر امتحان کند. آنها معتقدند اين محصول ميتواند مخصوصا در کشورهاي در حال توسعه به طور گسترده براي جذب انرژي خورشيدي مورد استفاده قرار گيرد.

دانشمندان در تلاشند راهکارهاي مناسب و عملي براي کشورهايي که با مشکلات حاد انرژي روبه رو هستند (مانند منطقه آسياي جنوبي) بيابند. پروفسور ينگ در اينباره ميگويد: «اين تحقيقات نمونه اي اميدوارکننده از توليد آسان، ارزان و پايدار سطوح جذب کننده نور است. جذبکنندههاي خورشيدي با قابليت توليد انبوه و آسان ميتوانند نقش مهمي در تحقق آيندهاي با انرژيهاي تجديدپذير ايفا کنند.»

منبع: مجله دانش بنیان