ذرات نانو می توانند انرژی خورشیدی را مستقیما به بخار تبدیل کنند

**soham 313** · 23rd January 2013 05:06 PM

ذرات نانو مي‌تواند انرژي خورشيدي را مستقيم به بخار آب تبديل كند
باز هم پاي خورشيد در ميان است
جام جم آنلاين: دانشگاه رايس بتازگي پرده از راز يك تكنولوژي جديد برداشته كه مي‌تواند انقلابي در دنياي علم برپا كند. با استفاده از اين فناوري نوين مي‌توان با كمك گرفتن از ذرات نانو، انرژي خورشيدي را مستقيم به بخار آب تبديل كرد.

بخار آب به دست آمده از اين روش را بخار خورشيدي ناميده‌اند. آزمايشگاه دانشگاه رايس با معرفي اين تكنولوژي جديد مدعي شده مي‌تواند از آب سرد و يخ‌زده، بخار توليد كند. مخترعان انتظار دارند اين روش بتواند در وهله نخست براي تصفيه آب و فاضلاب آن هم در كشورهاي در حال توسعه به‌كار گرفته شود. برآوردها حاكي از آن است كه در مجموع كارايي اين روش چيزي حدود 24 درصد است. در مقام مقايسه يادآوري مي‌شود صفحات خورشيدي فتوولتائيك معمولا چيزي حدود 15 درصد كارايي دارند. محققان مي‌گويند به هيچ‌وجه انتظار ندارند از اين روش براي توليد انرژي الكتريكي استفاده شود، بلكه بيشتر اميدوارند روش ابداعي آنها بتواند براي تصفيه آب و فاضلاب مورد استفاده قرار گيرد. پروفسور نائومي هالاس، مدير اين پروژه مي‌گويد بحث بر سر تكنولوژي منحصربه‌فردي است كه بجز توليد الكتريسيته حرف‌هاي زيادي براي گفتن دارد. با استفاده از اين روش، نحوه تفكر انسان‌ها نسبت به بهره‌برداري از انرژي خورشيدي كاملا دگرگون خواهد شد.
نحوه عملكرد
عملكرد منحصربه‌فرد روش بخار خورشيدي به واسطه ذرات نانويي ويژه‌اي است كه تيم تحقيقاتي موفق به توليد آنها شده است. اين ذرات مي‌تواند بخش قابل‌توجهي از انرژي نور خورشيد را به خود جذب كند. اين ذرات نانو قابليت دارد نور خورشيد را مستقيم به حرارت تبديل كند. وقتي ذرات نانو در آب غوطه‌ور مي‌شوند و در معرض نور خورشيد قرار مي‌گيرد، درجه حرارت آنها به طرز شگفت‌آوري افزايش پيدا مي‌كند. افزايش آني درجه حرارت اين ذرات سبب مي‌شود آب يا يخ بسرعت به بخار تبديل شود. پروفسور هالاس مي‌گويد كارايي فوق‌العاده اين انرژي مي‌تواند بشدت در تصفيه موثر واقع شود. او مي‌افزايد: ما در حال انجام كاري متمايز هستيم. در واقع قصد داريم از دوران گرم كردن آب در مقياس ماكرو به عصر جديد جوشاندن آب سرد در مقياس نانو برسيم. ذراتي كه ما از آنها صحبت مي‌كنيم، خيلي كوچك هستند حتي كوچك‌تر از طول موج‌هاي نوري و اين يعني سطح ذرات براي پراكندن و بازتاباندن نور هم فوق‌العاده كوچك است.
افزايش شديد درجه حرارت اين امكان را براي محققان به‌وجود آورده كه بتوانند در محل، بخار توليد كنند. اما اين موضوع را هم در نظر داشته باشيد كه بخار روي سطح ذرات نانو تشكيل مي‌شود. ايده توليد بخار در محل به نظر غيرممكن است، اما اين ايده در حال حاضر به منصه ظهور رسيده است.

نكته: در این فناوری نانوذرات جادویی از آب سرد و يخ‌زده، بخار توليد می‌كند. مخترعان انتظار دارند اين روش بتواند براي تصفيه آب و فاضلاب آن هم در كشورهاي در حال توسعه به‌كار گرفته شود

اورا نيومن، يكي از دانشجويان فارغ‌التحصيل دانشگاه رايس است. وي براي اثبات عملي بودن اين ايده يك لوله آب آزمايشگاهي را كه حاوي ذرات نانو فعال بود در يك حوضچه آب يخ غوطه‌ور مي‌سازد. خانم نيومن از يك لنز مخصوص استفاده كرد تا از اين طريق بتواند نور خورشيد را بر مخلوط لوله آزمايش كه درجه حرارت آن نزديك به نقطه انجماد است، متمركز كند. فيلم‌ها و تصاوير برداشت شده توسط او نشان مي‌دهد وي توانسته يخ را بسرعت به بخار تبديل كند.
كاربردها
بخار يكي از پركاربردترين سيالات صنعتي است. حدود 90 درصد برق جهان از بخار توليد مي‌شود. از بخار براي استريل زباله‌هاي پزشكي و ابزارهاي جراحي استفاده مي‌شود. استفاده از بخار براي آماده كردن غذا و تصفيه آب نيز جايگاه خاص خود را دارد. بخش اعظم بخار صنعتي در بويلرهاي بزرگي توليد مي‌شود كه براي توليد حرارت از زغال سنگ يا نفت استفاده مي‌كنند. پروفسور هالاس مي‌گويد كاربري گسترده بخار خورشيدي اين امكان را فراهم مي‌سازد كه توليد بخار از نظر اقتصادي مقرون به صرفه‌تر باشد. مهم‌تر از آن توليد بخار در مقياس‌هاي خيلي كوچك است. مهندسان دانشگاه رايس پيشتر اتوكلاوهايي از اين دست را براي استريل وسايل پزشكي و ابزارهاي دندانپزشكي كلينيك‌هايي كه با كمبود برق مواجه هستند، طراحي كردند.
پروفسور هالاس بتازگي موفق شده جايزه مركز بيل و مليندا گيتز را به دليل طراحي و ساخت يك سيستم اولترا در مقياس فوق‌العاده كوچك به‌دست بياورد. اين سيستم قابليت دارد فاضلاب انساني را در مناطقي كه با كمبود برق روبه‌روست يا در مناطقي كه به هيچ‌وجه سيستم‌هاي تصفيه فاضلاب ندارد، تصفيه كند. خانم نيومن معتقد است بخار خورشيدي به دليل كارايي‌اش بسيار مورد توجه بازار قرار خواهد گرفت. اين تكنولوژي مستلزم استفاده گسترده از پانل‌هاي خورشيدي نيست. در واقع تجهيزات لازم براي بهره‌برداري از اين تكنولوژي بسيار كوچك است، به عنوان مثال شايد حتي چند سانتي‌مترمربع هم براي پياده‌سازي تجهيزات آن كفايت كند.
يكي ديگر از پتانسيل‌هاي استفاده از اين تكنولوژي در سيستم‌هاي تهويه مطبوع و گرمايشي است كه مصرف برق قابل‌توجهي دارد. تجربه‌هاي گوناگون پروفسور هالاس و همكارانش در زمينه تقطير نيز نشان مي‌دهد كارايي بخار خورشيدي حدود 5/2 مرتبه بيشتر از ستون‌هاي تقطيري است كه در حال حاضر از آنها استفاده مي‌شود. پروفسور هالاس استاد مهندسي كامپيوتر و برق، استاد رشته فيزيك ـ شيمي و استاد طب بيولوژيكي نيز است. وي به عنوان يكي از مشهورترين استادان رشته شيمي به‌منظور اجرايي شدن اين پروژه گام‌هاي زيادي برداشته است. آزمايشگاه وي هم‌اكنون به صورت تخصصي روي ذرات فعال نوري مطالعه مي‌كند. يكي از مشهورترين ابداعات وي توليد حفاظ‌هاي نانو از طلاست. اين نوآوري وي به طور گسترده‌اي در مراكزي كه در زمينه سرطان تحقيق مي‌كنند، مورد توجه قرار گرفت. هالاس و همكارانش در تحقيقات مربوط به درمان سرطان ذراتي را انتخاب كردند كه تنها در چند طول موج نوري مشخص مي‌توانند فعل و انفعال انجام دهند، در حالي كه در پروژه بخار خورشيدي عملا ذراتي طراحي كردند كه در طيف نوري وسيع‌تري مي‌توانند فعل و انفعال انجام دهند. اين ذرات نانو هم توسط نور مرئي خورشيد و هم توسط طول موج‌هاي كوتاه‌تر كه براي انسان قابل رويت نيست، فعال مي‌شود.
تيم تحقيقاتي پروفسور هالاس عملا هيچ قانون ترموديناميكي را تغيير نداده، بلكه آنها با استفاده از همان قوانين آب را فقط با يك روش كاملا متفاوت به جوش آورده‌اند.

منبع:

http://www.jamejamonline.ir/newstext.aspx?newsnum=100770323753