انقلاب سوم در استفاده از انرژی خورشیدی

محققان انستیتو فناوری ماساچوست (ام.آی.تی) با ارائه روش نوینی از تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن مدعی راه‌اندازی تحولی بنیادی در زمینه تسخیر انرژی خورشید و ذخیره‌سازی آن برای استفاده‌های بعدی هستند که از آن به «انقلابی خورشیدی» یاد می‌شود که در نوع خود و البته به اعتقاد دانشمندان ادعای گزافی نیست. آنچه محققان ام.آی.تی انجام داده‌اند، تا جایی که به تصور رایج در مورد انرژی خورشید و استفاده از آن با بهره‌گیری از تجهیزات واسطه و فناوری‌های معمول با هدف تولید نیرو مربوط می‌شود، شاید به نظر کار بزرگی به حساب نیاید؛ اما روی دیگر سکه این دستاورد بزرگ از واقعیت دیگری حکایت دارد که متضمن مفهوم پردامنه‌ای به عنوان یک ابزار واسطه ذخیره‌سازی است که می‌تواند استفاده از منابع انرژی متناوب اما تجدیدشونده‌ای همچون خورشید و باد را که از لحاظ زمانی مدت مصرف دارند برای مصرف هر روزه و تمام وقت عملی‌تر کند. این پروژه در واقع محصول چند دهه کار محققان ام.آی.تی در زمینه‌ای است که در برخی مواقع به عنوان فتوسنتز مصنوعی شناخته می‌شود، چرا که در آن فناوری نیز کوشش‌ها با هدف تقلید یکی از بهترین شگردهای طبیعت یعنی ذخیره‌سازی انرژی در پیوندهای شیمیایی صورت گرفته است. اما در مورد پروژه حاضر، قضیه تا حدودی فرق می‌کند و قرار است انرژی حاصل از خورشید در هیدروژنی ذخیره شود که خود محصول شکسته شدن آب است؛ و برای تحقق آن محققان کاتالیزوری را توسعه بخشیده‌اند که هم ارزان‌تر و هم کارآمدتر است. اخبار مربوط به دستاورد خورشیدی محققان موجی از اشتیاق را در میان طیف گسترده‌ای از فناوری‌های مختلف خورشیدی محور راه انداخته است که توسعه و تکمیل آنها در گرو دستیابی به ویژگی‌هایی از قبیل مقیاس‌پذیری و بهره‌وری هزینه‌ها محسوب می‌شود. اهمیت این فناوری نوین خورشیدی تا جایی است که بیشتر از آن که به عنوان دستاورد مخصوص خورشیدی مطرح شود، کارشناسان از آن به عنوان موهبتی برای صنایع حوزه انرژی خورشیدی و هیدروژن یاد می‌کنند. تاکنون صنعت در معرفی نسل دوم صفحات خورشیدی فاقد سیلیکون با نصف هزینه صفحات سیلیکونی رایج به بازار موفق بوده‌اند یا موجی از راه‌اندازی نیروگاه‌های انرژی حرارتی خورشیدی در مقیاس تاسیسات عمومی از سال گذشته در حال شکل‌گیری است و این همه در حالی است که اعلام شده سامانه خورشیدی جدید تولید برق ام.آی.تی برای گرفتن عنوان انقلاب سوم حوزه انرژی خورشیدی چیزی کم ندارد و به‌زودی با لقب «مقرون به صرفه‌ترین سامانه برقی خورشیدی جهان» رونمایی خواهد شد، ضمن آن که به نوبه خود عنوان «رویکردی نوین برای استحصال انرژی خورشید» را دریافت می‌کند.

در طرح کلی سامانه خورشید محور جدید، صفحات فتوولتائیک )PV( فراز خانه وظیفه تامین برق مورد نیاز ساکنان منزل را در خلال روز انجام می‌دهند و این در حالی است که همزمان کار تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن را نیز صورت می‌دهند. زمانی که خورشید غروب می‌کند، یک پیل سوختی این ملکول‌های انباشته شده را ترکیب می‌کند تا از این راه جریان تامین برق تداوم یابد. محققان پیش‌بینی می‌کنند ظرف 10 سال آینده موضوع انتقال کابلی برق از یک منبع مرکزی به گذشته بپیوندد.

البته واقعیت مشکل نحوه ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی یا هر انرژی دیگری در مقیاس وسیع همواره در حوزه انرژی مطرح بوده است. باتری‌ها جدا از هزینه‌بر بودن هنوز ظرفیت کافی ندارند. نیروگاه حرارتی خورشیدی انداسول در اسپانیا نیز اواخر امسال گزینه جالبی را امتحان خواهد کرد و طی آن قرار است مایع حرارت دیده توسط آیینه‌های آن در بستری که اساسا نوعی فلاسک یا عایق حرارتی غول‌آسا به شمار می‌رود ذخیره شود، به نحوی که نیروگاه می‌تواند به تولید 6 ساعت برق در هر شب ادامه دهد. یا طرح‌هایی مبتنی بر انباره‌های حرارتی که قرار است سیستم‌های تهویه مطبوع را در ساعات اوج مصرف‌شان در جنوب غرب آمریکا به کار اندازند، از جمله مکانیسم‌های ذخیره‌سازی انرژی خورشید و استفاده بعدی از آن محسوب می‌شوند. با این اوصاف، طرح کلی نوسرا مزیت‌های متعددی دارد، چراکه می‌تواند در مقیاسی کوچک عمل کند و بعلاوه برای مقاصد توزیع برق در خانه‌ها بسیار مناسب است. از این گذشته، هیدروژن به قدر کافی قابلیت فراگیر و چندبعدی دارد تا در سایر کاربردها از قبیل خودروهای الکتریکی استفاده شود.

باتوجه به این که خودروسازان بزرگی همچون هوندا و جنرال موتورز افزایش تولید محصولاتی با پیل سوختی را در دستور کار دارند، بدیهی است که هیدروژن هنوز هم پتانسیل فراوانی به عنوان یک واسطه ذخیره‌ساز سوختی دارد. کاتالیزور مخصوص به کار رفته در سامانه جدید خورشیدی ام.آی.تی امیدواری‌ها را در زمینه مصرف و هزینه برق بالا برده است، به نحوی که در آینده نزدیک هر کسی با یک سقف می‌تواند روش آسانی برای تولید هیدروژن از آب داشته باشد.

اما کارکرد این سامانه برقی خورشیدی مبتنی بر همان فرآیند شکستن ملکول آب به هیدروژن و اکسیژن است که از 2 قرن پیش دانشمندان پی بردند چگونه می‌توان با تکانه‌ای الکتریکی و تحت فرآیندی موسوم به الکترولیز آن را صورت داد. تفاوت الکترولیز این طرح در این است که نوید انجام آن را به همان روش تجاری موجود در صنعت اما با سهولت و کارایی بیشتری می‌دهد. البته به جای خوراندن الکترون‌ها به محفظه کاملا آب‌بندی شده‌ای که با قلیایی غلیظ انباشته شده، محققان می‌توانند الکترون‌ها را خوراک الکترودهایی کنند که در یک شیشه معمولی آب در دما و فشار اتاق و باph خنثی قرار دارند و درواقع همین سهولت اجرا موجب می‌شود تا ساخت، بهره‌برداری و حفظ و نگهداری آن را آسان نماید. مهم‌تر این که کاتالیزور شناسایی شده از سوی محققان از مواد ارزان و فراوانی مثل کبالت و فسفر در عوض فلزات کمیاب و گران مورد استفاده در سامانه‌های موجود استفاده می‌کند. سازندگان این فناوری خورشیدی معتقدند با انتشار نتایج کارشان، از همه سو دانشمندان و مهندسان برای پیشبرد و ارتقای این طرح حمله‌ور می‌شوند تا ظرف 10 سال مدل‌های عملی‌تر با هدف مصرف عمومی را توسعه دهند. چون پایین آوردن هزینه‌ها به نحوی که بتوان در هر خانه یک سامانه تولید برق خورشیدی را نصب کرد، انتخابی تعیین‌کننده محسوب می‌شود و لازم است حال که دانش پایه آن فراهم شده، نسبت به مهندسی کاتالیزورها و کاهش فاصله فیزیکی الکترودها در گام‌های بعدی کار تلاش شود.

مهریارمیرنیا
منبع: popularmechanics