تولید برق از میوه ها و انرژی ۱۰۰ درصد طبیعی ؛ چطور میشه اینکارو کرد؟

0 16,738

تولید برق از میوه ها چطور امکان پذیره؟ تو این مقاله ی دنیای فناوری میخوام شما رو با یه راهکار جالب برای تولید برق از میوه ها آشنا کنم. در ادامه همرا با رشد کسب و کار باشین.

مزایای خوردن میوه برای سلامت بدن رو هیچکس نمیتونه منکر بشه، اما به نظر شما میشه کاری غیر از سوخت رسانی به بدن رو با میوه انجام داد؟ بیاین برق رو تصور کنیم. متخصصین به این باور رسیدند که از میوه‌ ها میشه دقیقا برای همین هدف استفاده کرد! حالا چظوری؟

این موضوع نه‌ فقط به عنوان یه مفهوم جالب جلوه میکنه، بلکه با در نظرگرفتن مقادیر فراوان و رو به افزایش پسماند های غذایی مثل میوه، با متدهای تازه میتونیم به استفاده بهینه از این مشکل جهان مدرن بپردازیم. در واقع تنها در ایالات متحده، در هر روز حدود ۱۵۰ تن میوه و سبیزجات به هدر میره که آمار قابل توجهی هست.

چنین اتفاقی نه‌ تنها شدیدا اسراف به حساب میاد، بلکه پتانسیل‌ های فراوان برای آسیب زدن به محیط زیست رو هم داره. ای کاش میشد از این مواد غذایی به هدر رفته برای کاری دیگه مثل انرژی پایدار استفاده کرد.

تولید برق از میوه ها ؛ شدنی یا نشدنی؟

تولید برق از میوه هاجواب این سوال یه جورایی ” بله ” هست ولی شرایطشو باید در نظر بگیریم.

یه راه برای به دست آوردن الکتریسیه از میوه، ساخت باتری‌ های ساده با استفاده از الکترودها و تمام بدنه یه میوه هست. اسیدهای درون میوه به خصوص سیتریک اسید، میتونه به کار گرفته بشه و با مقداری کار علمی، میوه تبدیل به نوعی باتری بدوی میشه.

درست مثل آنچه در باتری‌ های رایج داریم میبینیم، اسید با الکترودها تعامل میکنه تا مقادیر اندکی از جریان رو تولید کنه و آن جریان رو میشه به دام انداخت و برای انرژی‌ رسانی به دستگاه‌ های الکترونیکی کوچیک استفاده کرد. یه پروژه علمی سرگرم‌ کننده خانگی میتونه این باشه که به آزمون و خطا با میوه‌ ها (یا سبزیجات) خانگی بپردازین و ببینین کدام یک تبدیل به بهترین باتری ممکن میشه.

با استفاده از موادی ساده، مثل دو نوع فلز مختلف (بهترین عملکرد را روی و مس دارن) برای ساخت الکترودها، این آزمایش به شکلی نسبتا ساده انجام میشه و میتونه فعالیتی موثر برای اشتراک‌ گذاری با فرزندان باشه. یا الکترود های فلز رو درون آب‌ میوه معلق میکنین یا اونارو درون یه میوه دست‌ نخورده قرار میدین و در هر دو صورت، مقادیر کمی ولتاژ به دست میاد.

تولید برق از میوه ها ؛ چه محشر ! این اتفاق چطور میوفته؟

تولید برق از میوه هادرست مثل باتری‌ های معمولی، الکترودها نقش قطب منفی و قطب مثبت رو ایفا میکنن و اجازه تولید جریان الکتریکی کوچیکی رو میدن. سیتریک اسید موجود در میوه نقش نوعی الکترولیت رو ایفا میکنه که با قطب‌ های فلزی تعامل داره و به تولید یون میپردازه.

این به خاطر اینه که مواد ارگانیک میتونه نقش هادی یونی رو هم ایجاد کنه و این ماده‌ ها به یون‌ ها اجازه  میدن که آزادانه درونشون جا به‌ جا بشن.

الکترود روی (قطب منفی) هم با سیتریک اسید واکنش میده و کاتیون‌ ها و الکترون‌ های آزاد به دست میان. این الکترون‌ ها سپس به آرامی شروع به شکل‌ گیری روی قطب منفی روی میکنن و زمانی که یه سیم متصل میشه، درون سیم به جریان میوفته.

با سیم‌ هایی که به قطب مثبت مس متصل شدن تا مدار تکمیل بشه، الکترون‌ ها شروع به واکنش دادن با کاتیون‌ های هیدروژن موجود در میوه میکنن و در نهایت منجر به شکل‌ گیری گاز هیدروژن میشن. این پروسه تا زمانی که الکترولیت‌ ها حاضر باشن و الکترودها دست‌ نخورده باقی بمثل (یعنی تا زمانی که میوه خشک بشه یا الکترودها فرو بپاشن) ادامه پیدا میکنه.

یه روش دیگه برای تولید برق

آب میوه هم میتونه هادی الکتریسیته باشه و به شکلی موثر، مدار رو تکمیل میکنه. کارکرد این روش به همون شکلی هست که محلول نمک هم از طریق اون هادی الکتریسیته میشه. مگر اینکه محصولاتی از پیش آماده برای ترتیب دادن چنین آزمایش‌ هایی داشته باشین، میتونین از سکه‌ ای با روکش مس و میخ‌ های گالوانیزه استفاده کنین.

میخ‌ های گالوانیزه معمولا از آهن و پوششی از روی ساخته میشن. با این پیش‌ نیازها، قادر به ایجاد مقادیر اندکی از جریان (حدودا یک دوم الی سه چهارم ولت) در تنها یه میوه خواهید بود. سبزیجاتی نظیر سیب‌ زمینی میتونه جریانی اندک بیشتر و گاه بالاتر از ۱ ولت تولید کنن. جالبه؟ نه؟

از طرف دیگه مشخص شده که لیموها میتونن تا سقف ۰.۹۶ ولت جریان تولید کنن!

زالبته اونقدرها هم زیاد نیست، اما میتونین چندین میوه رو به صورت موازی به یکدیگر متصل کنین تا ولتاژ بالاتر بره. حتی شاید بتونین به چنان جریان قدرتمندی دست پیدا کنین که چیزی مثل موبایل هوشمندتون رو شارژ کنین. هرچه به میوه‌ های بیشتری نیاز داشته باشین، استفاده از یه شارژر معمولی تبدیل به اتفاقی آسونتر و بهینه‌ تر میشه.

بالا ترین ولتاژ به دست اومده از باتری‌ های میوه‌ ای، ۱۵۱۲ ولت بوده که توسط دبیرستانی در دانمارک در روز ۲۹ ژانویه سال ۲۰۲۰ انجام شد. با این همه، برای دستیابی به این رقم نیاز به ۱۹۶۴ لیمو بود.

برق رسوندن به LED

بسته به جنس و تعداد میوه‌ ها، ولتاژ ممکنه برای قوت‌ رسانی به یه LED کوچیک یا حتی یه موتور کوچیک کافی باشه. مشخص شده که بهترین میوه ها و سبزیجات برای چنین کاری، اونایی هستن که یون‌ های شدیدا هادی مثل پتاسیم و سدیم دارن.

از طرف دیگه اگه به ساختار داخلی (صحیح) برای ساخت جریان‌ ها دسترسی داشته باشیم، شرایط بهتر میشه. میوه های همگن‌ تر یا سبزیجاتی نظیر سیب‌ زمینی‌ ها و خیارشور انتخاب‌ هایی معرکه به حساب میان. میوه هایی مثل پرتقال در واقع انتخابی نه‌ چندان مناسب به حساب میان، زیرا ساختار داخلی‌ شون به محفظه‌ های متعدد تقسیم شده و غشاهایی وجود داره که نقش مانع رم ایفا میکنن. این غشا میتونه جریان آزاد رو مسدود کنه.

از میوه ها میشه در سلول‌ های سوختی میکروبی هم استفاده کرد

در رویکردی متفاوت با باتری‌ های میوه‌ ای ساده‌ ای که بالاتر گفتم، محققان به دنبال تولید الکتریسیته از میوه ها به شکلی پیچیده‌ تر هستن. یه مثال (سلول سوخت میکروبی – Microbial Fuel Cell) هست که میتونه برای تبدیل میوه ها و سبزیجات به الکتریسیته قابل مصرف استفاده میشه.

این سلول‌ ها اساسا دیوایس‌ های زیست‌ – الکتروشیمیایی هستن که میتونه با گستره وسیعی از میکروارگانیسم‌ ها، الکتریسیته تولید کنن. تیمی از محققان اکوادور با این تکنولوژی به آزمون و خطا پرداختن و از سلول‌ های تک محفظه‌ ای سوخت میکروبی بدون غشا برای بیش از ۶۰ روز استفاده کردن.

این پژوهش بسیار ثمربخش بود و توانست ولتاژ خروجی ۳۳۰ مگاولت رو امکان‌ پذیر کنه.

تولید الکتریسیته از میوه های تازه

تولید الکتریسیته از میوه های تازه یه راه برای تولید الکتریسیته هست، اما راهی دیگه هم وجود داره. همینطور که میوه تجزیه میشه، گاز متان به دست میاد که با سوزوندن اون میتونه به تولید برق در ابعاد بسیار وسیع‌ تر پرداخت. این دقیقا همون چیزی هست که مقامات سویل در اسپانیا پیشنهادش کردن تا بتونن به زدن یه تیر و دو نشون باشن.

خیابان‌ های این شهر پر شدن از درختان پرتقال سویل. مزارع این منطقه تقریبا تمام پرتقال‌ های سویلی که پرورش میدن رو به بریتانیا صادر میکنن که در آنجا تبدیل به مارمالاد میشن. اما ساکنین خود سویل علاقه چندانی به میوه های تلخ ندارن و بنابراین تمام خیابان‌ های شهر پر میشه از پرتقال‌ هایی که دارن میگندن!

این پرتقال‌ های به زمین افتاده نه‌ تنها برای رهگذران خطرناک به حساب میان، بلکه از نظر پاکیزگی شهری نیز سردردی بزرگ برای مقامات شهرداری هستن. پرتقال‌ ها معمولا زیر پا یا چرخ اتومبیل‌ ها لبه میشن، در نتیجه سطح خیابان‌ ها نارنجی رنگ و چسبناک هست و مگس‌ ها هم برای استفاده از این میوه های گندیده هجوم میارن!

استخدام شهرداری سویل

تولید برق از میوه هادر حال حاضر، ۲۰۰ نفر به استخدام شهرداری سویل درآمدند که به صورت خاص به جمع‌ آوری این میوه ها میپردازن. در ماه فوریه ۲۰۲۱، شورای شهر سویل از برنامه تازه‌ ای برای استفاده بهینه از میوه های هدر رفته پرده برداشت و دیگه صرفا آنها رو به اماکن دفن زباله انتقال نمیده.

میوه ها جمع‌ آوری و به یه کمپانی آب شهری به اسم Emasesa منتقل میشن که به کمک آنها به تولید انرژی پاک میپردازه تا یکی از چندین تاسیسات تصفیه آب خودشو راه بندازه. آب میوه استخراج میشه و در ترکیب با دیگر مواد ارگانیک، برای تولید بیوگاز مورد استفاده قرار میگیره.

از سوی دیگه، پوست میوه ها هم تبدیل به کود برای مزارع میشه. آب میوه، فروکتوزی متشکل از زنجیره‌های کربنی بسیار کوتاه است و عملکرد انرژیک این زنجیره‌ های کربنی در پروسه تخمیر بسیار بالا هست. بنابراین موضوع فقط راجع به کم کردن هزینه‌ ها نخواهد بود. پرتقال‌ ها تبدیل به مشکلی بزرگ برای شهر شده‌اند و با این کار می‌توان به تولید ارزش افزوده برای پسماند پرداخت.

امید میره که این سیستم جدید در نهایت اونقدر بزرگ بشه که مازاد الکتریسیته رو بشه به شبکه‌ برق ملی اسپانیا متصل کرد. بنابر ادعای تیم پشت این پروژه، با مقداری سرمایه‌ گذاری بیشتر و بزرگتر کردن ابعاد کار، پرتقال‌ های به هدر رفته در شهر میتونه به حداقل ۷۳ هزار خانه برق برسونن.

این رقم براساس آزمون و خطاهای صورت گرفته با ۱۰۰۰ کیلوگرم پرتقال به دست اومده که میتونه ۵۰ کیلوات ساعت برق تولید کنه برقی کافی برای رسوندن انرژی به ۵ خانه در هر روز.

کدو تنبل‌ های در حال تجزیه، یه منبع الکتریسیته خوب

پرتقال‌ هاییکه در حال تجزیه شدن هستن، تنها راه تولید گاز متان به حساب نمیان. در شهر کوروالیس در ایالت اورگان، دو مزرعه‌ دار ۱۰ میلیون دلار از سرمایه و ۱۴ ماه از وقت خود رو صرف ساخت تاسیسات بیوگاز مخصوص خودشون کردن. این تاسیسات میتونه میوه ها و سبزیجات هدر رفته و ناخواسته رو تبدیل به انرژی حرارتی و الکتریکی کنه. درست مثل ماجرای سویل در اسپانیا، در غیر این صورت پسماندها از دفنگاه‌ های زباله سر در خواهند آورد.

تولید برق از میوه هاتاسیسات بیوگاز آنها اونقدر موفق بوده که اخیرا به شبکه ملی برق آمریکا متصل شده. در واقع این تاسیسات اونقدر انرژی تولید میکنه که هزینه‌ های مزرعه در حوزه‌ های برق و گاز های طبیعی رو تا حدود ۵۰۰ هزار دلار کاهش میده.

ساز و کار این تاسیسات سادست: زیست‌ توده وارد میشه و گاز متان بیرون میاد.

پسماندهای ذرت، کدو تنبل و دیگر مواد ارگانیک جمع‌ آوری شده و درون دستگاه هضم بی‌ هوازی قرار میگیرن. این مواد اونقدر درون دستگاه باقی میمونه تا در نهایت مایعی مثل سوپ به دست میاد. درون دستگاه هضم، مجموعه‌ ای از باکتری‌ ها پسماند رو به اسید‌های چرب ناپایدار و سپس به گاز متان تبدیل میکنن.

چه اتفاقی برای گاز تولید شده به وجود میاد؟

گاز سپس در قالب حباب‌ هایی از داخل سوپ خارج شده و در بالا جمع میگرده. از این لحظه به بعد، گاز به یه موتور احتراق داخلی انتقال پیدا میکنه تا با سوزاندن اون، به تولید الکتریسیته بپردازه.

از آنجاییکه دستگاه هضم کاملا بر یه پروسه طبیعی متکی هست، تا زمانی که زیست‌ توده به اون اضافه میشه به کار خودش ادامه میده. به گفته صاحبان، به محض اینکه تاسیسات به شکل کامل عملیاتی بشه، میتونه دو برابر انرژی مورد نیاز مزرعه رو تولید کنه که برای برق‌ رسانی به ۱۰۰۰ خانه کافی خواهد بود.

تولید برق از میوه هاشرکتی دیگه در آکسنارد کالیفرنیا به نام Gills Onions هم پروسه‌ ای مشابه رو به کار بسته هست. این شرکت که در تولید پیازهای تازه مهارت داره، از ۱۳۶ هزار کیلوگرم پسماند پیازهای خود برای تولید انرژی پایدار استفاده میکنه. با خوراندن پسماند پیاز به یه دستگاه هضم بی‌ هوازی، گاز متان به دست میاد و سپس میشه با سوزاندن اون به سلول‌ های سوختی ۶۰۰ کیلوواتی انرژی رسوند که برای تامین برق ۴۶۰ خانه کافیست.

سیستم آنها نیازمند سرمایه‌ گذاری ۹.۵ میلیون دلاری هست و به کمک دانشگاه کالیفرنیا و با استفاده از تکنولوژی‌ های از پیش موجود ساخته میشه.

چه خیلی ساده چند سیم رو به یه میوه متصل کنین و چه دستگاه‌ های پیچیده‌ تر بسازین، مشخصا میوه ها کارکرد های حقیقی بیشتر نسبت به خورده شدن صرف (یا دور ریخته شدن) دارن. استفاده از تکنولوژی‌ هایی مثل دستگاه‌ های هضم بی‌ هوازی احتمالا بهترین روش برای کاهش حجم دفنگاه‌ ها و جلوگیری از انتشار گاز گلخانه‌ای متان درون اتمسفر باشه.


به نظر شما تولید برق از میوه ها راحت تره یا نیروگاه های حال حاضر؟ آیا برق آینده از میوه ها تامین میشه؟ شما چی فکر میکنین؟ برام کامنت کنین.

دیگه چه خبر ؟
عضویت
هشدار از طریق:
guest
0 نظر
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x