حمل و نقل کاملا پاک؛ بازیابی انرژی از گرمای اگزوز و نسل تازه سلول های خورشیدی

هفته پیش گروهی از دانشمندان دانشگاه واشنگتن اعلام کردند روشی جدید برای بازیابی انرژی از سطوح داغ مثل اگزوز خودروها یافته اند. به دلیل اینکه مهار گرما و تبدیل انرژی آن اخیرا بسیار مورد توجه محققین قرار گرفته، این روش یک دستاورد بزرگ در زمینه ترمو الکتریک محسوب می شود.

در روش ابداعی این دانشمندان، در دستگاه مبدل نوع جدیدی از دیود به کار برده شده، این دیود در مقایسه با سیلیکون تا سه برابر بیشتر، گرما را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. تبدیل گرما به انرژی قابل ذخیره در باتری، باعث شکل گیری ایده های جدید برای این تیم شده است.

همانطور که اشاره شد، تبدیل گرما از طریق دیودها انجام می شود. دو نوع اصلی دیودها عبارتند از دیودهای تولید کننده نور یا همان LED و دیودهای شاتکی (Schottky) که دارای یک ماده نیمه رسانا و یک قطعه فلزی برای تبدیل گرما هستند.

اگر چه هر دو نوع از دیودها امروزه در صنایع مختلف کاربرد دارند، اما آقای مَتیو مک کلاسکی (Matthew McCluskey) یکی از دانشمندان حاضر در این تیم به محدودیت های آنها نیز اشاره کرده و گفته:

وقتی یک فلز را به به یک ماده نیمه رسانا متصل می کنید تا دیود شاتکی بسازید، ایراداتی در محل تلاقی بوجود می آیند. این نقص الکترون ها را به دام انداخته و در جریان الکتریسیته اختلال ایجاد می کند.

این تیم از نوع خاصی از ترکیب بلورین به نام سلنید ایندیم (InSe) استفاده نموده که در آن یک لایه به عنوان فلز و لایه دیگر به عنوان نیمه رسانا عمل می کند. آقای یی گو (Yi Gu) درباره آینده این تکنولوژی بسیار خوش بین بوده و گفته:

در آینده یک لایه می تواند به قسمتی داغ مثل اگزوز اتومبیل یا فن کامپیوتر و لایه دیگر به سطحی با دمای اتاق متصل شود. در این حالت دیودهای جدید قادر خواهند بود با توجه به اختلاف دمایی دو سطح جریان الکتریسیته تولید کنند که این جریان را می توان در باتری ذخیره سازی کرده و در مواقع لازم استفاده نمود.

در حال حاضر نیاز به انرژی های تجدیدپذیر بسیار زیاد است و با این گام بزرگ دانشمندان امیدوارند تلاش های آتی در این حوزه به نتایج قابل توجهی منجر شود.

از آنجایی که استفاده از پیشرانه های هیبریدی در حال فراگیرتر شدن بوده و خودروسازان مختلف به سمت این دسته از اتومبیل ها گرایش پیدا کرده اند، این فناوری با بازیابی انرژی بیشتر از قسمت هایی مثل اگزوز می تواند در کاهش آلایندگی یا بهبود مسافت قابل پیمایش خودروهای هیبریدی نقشی موثر داشته باشد.

روش دیگری که چند سال اخیر در فرمول یک استفاده می شود، استفاده از یک موتور ژنراتور در محور توربو چارجر برای تولید برق از گردش این قطعه است.

در واقع تکنولوژی سنتی توربو چارجر بدین صورت است که پره های توربین به واسطه انرژی گازهای داغ اگزوز به چرخش در می آیند و این نیرو به واسطه یک شفت به کمپرسور منتقل شده که وظیفه فشردن هوای ورودی به موتور را بر عهده دارد.

اما تکنولوژی مذکور بدین شکل است که با افزایش طول شفت توربو، امکان لحاظ کردن یک موتور و ژنراتور در این بخش فراهم شده است.

بدین ترتیب در زمان ترمزگیری یا گذر از پیچ ها، در شرایطی که نیاز چندانی به قدرت موتور وجود ندارد، ژنراتور در کسری از ثانیه فعال شده و هزاران دور بر دقیقه سرعت دورانی توربو چارجر را تبدیل به انرژی الکتریکی می کند.

این میزان از انرژی در باتری های جداگانه ای ذخیره می شود و در زمان شتاب گیری ها خود به عاملی برای چرخش سریعتر توربو و افزایش ناگهانی قدرت موتور بدل می شود.

البته در صورت وجود برق بیش از حد مصرف توربو، می توان از انرژی الکتریکی در گیربکس یا چرخ ها نیز استفاده کرد.

البته هنوز این تکنولوژی نسبتا پیچیده به خودروهای تولید انبوه و جاده ای راه نیافته است، اما نسل جدیدی از توربوچارجر های کوچک برقی در راه هستند که استفاده از چنین تکنولوژی ای برای نیرو بخشیدن به آن ها می تواند حتی برای خودروهای تولید انبوه نیز کار آمد باشد.

مجموع این روش های بازیابی در کنار روش تولید انرژی از برق می تواند آینده صنعت خودروسازی را از نظر تامین انرژی پاک و تمیز به کلی تغییر دهد.

برای مثال خودرو تحقیقاتی و دانشجویی فوق علیرغم قابلیت حمل چهار سرنشین قادر است بخش زیادی از انرژی مورد نیاز خود را از طریق صفحات خورشیدی تامین کند و پیمایشی در حدود 3000 کیلومتر (سه برابر خودروهای بنزینی رایج) را ارائه دهد.

از این رو امید های زیادی وجود دارد که در نسل بعدی خودروها، وابستگی صنعت حمل و نقل به سوخت های فسیلی و منابع تولید الکتریسیته وابسته به نیروگاه های فسیلی به شکل چشمگیری کاهش یابد.