استفاده از ایدههای قدیمی منوط به پیشرفتهای فناوری است که بهرهبرداری از آن ایدهها را ممکن کند

موتورهایی که با هوای مایع کار میکنند

محدودیت منابع سوخت‌های فسیلی از یک‌سو و چالش‌های زیست‌محیطی ناشی از استفاده از این منابع از سویی دیگر، بشر را به سمت بهره‌گیری هر چه بیشتر از منابع پایدار و تجدیدپذیر انرژی سوق داده است. انرژی خورشیدی و بادی از مهم‌ترین این منابع هستند، اما این منابع تجدیدپذیر با محدودیت‌هایی روبه‌روست که برای گسترش استفاده از آنها باید به فکر رفع یا کاهش این محدودیت‌ها بود.

کد خبر: ۵۷۵۶۳۷

یکی از اصلی‌ترین محدودیت‌های پیش رو در استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیری نظیر انرژی خورشیدی و بادی، محدودیت بازه زمانی تولید انرژی الکتریکی از سوی آنهاست. برای نمونه، نیروگاه‌های خورشیدی تنها طی روز می‌توانند انرژی الکتریکی تولید کنند و برق تولیدی آنها در شب به صفر می‌رسد. به همین دلیل است که اکنون این نیروگاه‌ها برای تامین برق در مناطق زیرمجموعه خود، به یک نیروگاه پشتیبان (همانند نیروگاه‌های گاز طبیعی) یا باتری‌های بزرگ برای ذخیره این انرژی نیاز دارند؛ اما این منابع پشتیبان چندان هم بی‌دردسر نیستند. نیروگاه‌های سوخت فسیلی سبب افزایش آلودگی محیطی می‌شوند و تهیه باتری‌های بزرگ نیز بسیار هزینه‌بر است.

در این میان گروهی از مهندسان در حال طراحی فرآیندی برای بهره‌گیری از ایده‌ای قدیمی برای ذخیره انرژی هستند. آنها قصد دارند با استفاده از جریان الکتریسیته، دمای هوای موجود در محفظه‌هایی خاص را تا 200 درجه زیرصفر کاهش و به این ترتیب آن را به مایع تبدیل کنند.

سپس این هوای مایع شده را می‌توان دوباره گرم و از گاز تولید شده برای به کار انداختن ژنراتور یا توربین بخار استفاده کرد و به این ترتیب دوباره به انرژی الکتریکی دست یافت. البته کاربرد گاز مایع شده به این محدود نمی‌شود و می‌توان از آن برای حرکت پیستون موتور خودروهای با آلودگی کم استفاده کرد.

اکنون یک شرکت انگلیسی طرحی برای ساخت یک نیروگاه آزمایشی با سرمایه‌ای حدود 18 میلیون دلار در دست دارد. این نیروگاه قرار است از هوای مایع شده برای ذخیره انرژی الکتریکی موجود در خطوط انتقال نیرو استفاده کند. در این نیروگاه قرار است از گاز نیتروژن به عنوان عنصر اصلی در فرآیند میعان استفاده شود. اما ایده استفاده از هوای مایع شده برای اولین بار حدود 120 سال پیش و زمانی مطرح شد که مخترعی به نام چارلز تریپلر اعلام کرد شیوه‌ای ارزان‌قیمت برای کاهش دمای هوا و تبدیل آن به مایع یافته است. وی در طرح خود نشان داده بود از این هوای بسیار فشرده می‌توان برای به حرکت در آوردن یک موتور بخار استفاده کرد.

این ایده در زمان خود طرفداران زیادی یافت و تریپلر توانست سرمایه لازم برای عملیاتی کردن این ایده را جمع کند، اما متاسفانه پس از مدتی مشخص شد این ایده عملی نیست. البته شاید اصلی‌ترین دلیل موفق‌ نشدن تریپلر، محدودیت‌های مربوط به فناوری فشرده‌سازی و میعان در آن دوران بود. خوشبختانه از آن دوره تاکنون این حوزه از فناوری پیشرفت‌های زیادی یافته و به همین سبب راه برای عملی کردن آن ایده قدیمی هموارتر شده است.

میزان کارایی شیوه‌ای که قرار است در نیروگاه آزمایشی لندن به کار گرفته شود بین 50 تا 60 درصد است. این به آن معناست که هوای مایع شده می‌تواند نیمی از انرژی الکتریکی مصرف شده برای فرآیند میعان را بازگرداند. این در حالی است که کارایی باتری‌ها بالای 90 درصد است. البته شاید بتوان گرمای هدر رفته در این فرآیند را مورد استفاده قرار داد و به این شکل بر میزان کارایی این شیوه افزود. پژوهشگران، مدلی را طراحی کردند که بر اساس آن می‌توان از گرمای هدر رفته برای گرم کردن هوای مایع شده استفاده کرد.

یکی از مزیت‌های اصلی استفاده از شیوه میعان هوا برای ذخیره انرژی، طول عمر تجهیزات آن است. طول عمر باتری‌ها کم است و هر چند سال یک‌بار باید آنها را تعویض کرد، حال آن که عمر تجهیزات میعان هوا بسیار طولانی‌تر است و همین امر سبب کاهش چشمگیر هزینه‌های این روش می‌شود. پژوهشگران همچنین در حال طراحی روش‌هایی برای افزایش کارایی فرآیند میعان هستند. از آنجا که حجم هوای مایع شده بسیار کمتر از هوای فشرده شده است، ذخیره هوای مایع شده به فضای کمتری نیاز دارد.

البته شاید کاربرد هوای مایع شده تنها به ذخیره انرژی در نیروگاه‌ها محدود نشود و بتوان از آن در خودروها استفاده کرد. دانشمندی به نام پیتر دیرمن موفق به طراحی سیستمی شده که می‌تواند حرارت تولیدی در بخش احتراق موتور را جمع‌آوری کرده و جلوی هدررفت آن را بگیرد. به این ترتیب با استفاده از هوای مایع شده می‌توان گرمایی را که معمولا در موتورهای احتراقی هدر می‌رود بازیافت و از آن دوباره استفاده کرد.

موتورهایی که با هوای مایع کار می​کنند

موتورهایی که با هوای مایع کار میکنند