چگونه می توان ضایعات فلزی را به باتری تبدیل کرد؟

محققین با الهام از یافته های باستان شناسی و با استفاده از قراضه های فلزی، توانستند باتری تولید کنند. آنها می گویند با این روش می توان از آلیاژهای فلزی موجود در منازل برای تأمین انرژی بهره گرفت.

این روزها منابع انرژی تجدیدپذیر همچون خورشید، بخش بزرگی از تصویر آینده پیش روی انسان را تشکیل می دهند، اما ذخیره این انرژی در روزهای ابری در قالبی مطمئن، اهمیت روزافزونی یافته. محققین تاکنون به فناوری های مختلفی برای ساخت باتری متوسل شده اند، اما «کری پینت» محقق دانشگاه وندربیلت معتقد است با استفاده از پسماندها و زباله ها می توان به محصولی کاربردی دست یافت.

تیم تحقیقاتی پینت با اشاره به گزارش مرکز تحقیقات زمین شناسی ایالات متحده، می گویند هر سال نزدیک به 17.5 میلیون تن فولاد و 1.15 میلیون تن برنج (فلز) دور ریخته شده و به خاطر فقدان سیستم های فراگیر بازیافت، سر از زباله دان های شهری در می آورند.

این پژوهشگران معتقدند زباله های یک فرد می تواند منبع درآمد شخص دیگر باشد. البته در این مورد به خصوص، درک ارزش زباله به دانش شیمی نیاز دارد. فولاد آلیاژی از آهن و دیگر عناصر به ویژه کربن به شمار می رود، و برنج نیز آلیاژی از مس و روی است.

در همین رابطه باستان شناسان در سال 1936 توانستند وسیله ای موسوم به «پیل بغداد» یا «پیل اشکانی» را در اطراف شهر باستانی تیسفون بیابند، که از یک کوزه سفالی، استوانه ای آهنی و ورقه ی مسی تشکیل شده بود. البته اینکه چنین ابزاری را می توان باتری نامید یا خیر، هنوز جای بحث دارد، اما به هر حال کشف مورد بحث الهام بخش تیم تحقیقاتی پینت در وندربیلت شد.

آنها قراضه های فولادی و برنجی از جمله پیچ، لوله و تراشه های فلزی را از بین زباله ها جدا کرده و از فرایندی شیمیایی با نام آنودیزاسیون برای تبدیل آن به ترکیبات مورد استفاده در باتری بهره گرفتند. گفتنیست آندایز کردن عمدتاً روی فلز آلومینیوم و برای ایجاد ظاهری بادوام و زیبا به کار می رود.

عملیات آندایز روی فولاد قراضه، اکسید آهن را تولید می کند که به شکل استوانه هایی در ابعاد نانو روی سطح فلز تشکیل می شوند. همچنین آندایز برنج نیز اکسید مس را حاصل خواهد کرد که زائده های نوک تیز و ریزی را روی سطح آن می سازد.

محققین دو محصول به دست آمده از فرایند آندایز را داخل ظرف شیشه ای قرار داده و محلول هیدروکسید پتاسیم را به آن اضافه کردند تا یک باتری بسازند.

طبق نتایج منتشر شده در مجله انجمن شیمی آمریکا (ACS) این باتری انرژی زیادی را در زمان کوتاه ارائه می کند، یعنی در واقع تراکم توان آن بسیار بالاست. به عبارت دیگر، جریان انرژی از باتری به بیرون بسیار سریع است.

تراکم نیرو در برخی شرایط کاربرد زیادی دارد. مثلاً فلاش دوربین دیجیتال به انرژی ناگهانی وابسته است، و همین طور خودروها و اتوبوس های الکتریکی. در چین، اتوبوس های هیبریدی از فناوری ذخیره انرژی با نام ابرخازن ها استفاده می کنند که از مفهوم فوق بهره می گیرد.

بهتر است به این نکته نیز اشاره کنیم که باتری های موجود در بازار از فناوری های متعددی بهره می گیرند، که هرکدام از آنها برای کاربردهای خاصی اهمیت دارد. مثلاً زمانی که می خواهید چراغ خواب اتاق را روشن کنید، به جریان ناگهانی انرژی نیاز ندارید، بلکه به انرژی کم و مستمر در زمانی طولانی احتیاج خواهید داشت.

در نتیجه، باتری مورد نیاز شما می تواند تراکم توان کمی داشته باشد، ضمن اینکه ابعاد آن نیز هرچه کوچک تر باشد بهتر است. باتری مناسب برای این حالت از تراکم انرژی بالایی برخوردار خواهد بود، یعنی قادر است انرژی زیادی را در ابعاد کوچک بگنجاند.

این دو نوع فناوری باتری را می توان به لاک پشت (منبع انرژی آهسته و پیوسته) و خرگوش (جنبش ناگهانی تخلیه سریع انرژی) تشبیه کرد، که اگر بتوان ویژگی هایشان را با هم ترکیب نمود، نتیجه خارق العاده ای حاصل خواهد شد.

حال به باتری خودمان برگردیم. این ابزار تخلیه انرژی سریعی دارد، اما در مقایسه با دیگر دیوایس هایی که از چنین فناوری بهره می گیرند (همان ابرخازن ها) انرژی بیشتری را در واحد جرم خود نگه می دارد. محققین می گویند ساختارهای نانوی به دست آمده در فرایند آندایز روی برنج و فولاد، عامل اصلی در دستیابی به چنین خاصیتی به شمار می رود.

آیا این باتری می تواند لامپ های منزل شما را به مدت یک شبانه روز روشن نگه دارد؟ قطعاً خیر. اما اگر تمامی تست های آتی با موفقیت اجرا شوند و فناوری به سطح مقیاس پذیر و مقرون به صرفه برسد، شاید از این تکنولوژی بتوان در کنار راهکارهای دیگر تأمین انرژی برای فعالیت های پرمصرفی همچون روشن کردن لامپ یا سیستم تهویه مطبوع بهره جست.

البته چنین طرحی بدون عیب هم نیست. پژوهشگران در بیانیه مطبوعاتی اظهار داشتند انسان های عادی نیز روزی خواهند توانست چنین باتری هایی را ساخته و از منبع برق خارجی بی نیاز گردند. اما حقیقت این است که روند ساخت این ابزار به هیچ وجه مناسب کاربران خانگی نیست.

طبق اظهارات دانشمندان، در فرایند فوق از ترکیبات شیمیایی خورنده همچون هیدروکسید پتاسیم، اسید هیدروکلریک و فلورید آمونیوم، آن هم در غلظت های بالا استفاده می شود، که به کار گیری آنها حتی در مقادیر بسیار کم نیز کاملاً خطرناک خواهد بود.

با این تفاسیر، گزارش فوق به عنوان اثبات عملی بودن طرح پیشنهادی، می تواند دیگر پژوهشگران را تحریک کند که به تسهیل روند ساخت و قابلیت های این تکنولوژی اقدام ورزند. شاید بتوان چنین ابزاری را با ترکیبات شیمیایی کم خطر تولید کرد تا نگرانی های مربوط به سلامت کاربران نیز از بین برود. در هر صورت، با ایده ارزشمندی روبرو هستیم که می تواند آینده ای بهتر را برای ساکنین کره خاکی رقم بزند.