گرمای هدررفته از بدن ما می‌تواند انرژی سبز تولید کند
اگر تابه‌حال خود را از طریق دوربین تصویربرداری حرارتی (دمانگار) دیده باشید، می‌دانید که بدن انسان مقدار زیادی گرما تولید می‌کند. این گرما درواقع محصول زائد متابولیسم ما است. تقریباً هر ۰٫۱ متر مربع از بدن انسان حرارتی به اندازه‌ی ۱۹ چوب کبریت در هر ساعت تولید می‌کند.
متأسفانه، بخش زیادی از گرمای ما به سادگی به سمت جو فرار می‌کند. اگر می‌توانستیم از آن برای تولید انرژی استفاده کنیم، عالی نمی‌شد؟ محمد مدثر، دانشجوی دکترا در دانشگاه لیمریک ایرلند و همکارانش که درحال کشف راه‌هایی برای جذب و ذخیره‌سازی گرمای بدن و تولید انرژی از آن با به‌کارگیری مواد سازگار با محیط زیست هستند، امکان‌پذیری این ایده را در پژوهشی تازه نشان داده‌اند.
هدف پژوهش، ساخت دستگاهی است که بتواند مانند پاوربانک داخلی برای فناوری‌های پوشیدنی، قادر به تولید و ذخیره‌ی انرژی باشد. در این‌صورت دستگاه‌هایی مانند ساعت‌های هوشمند، ردیاب‌های تناسب اندام یا مکان‌یاب‌ها می‌توانند به مدت طولانی‌تر یا حتی به‌طور نامحدود با استفاده از گرمای بدن ما کار کنند.
اما فقط بدن‌های ما نیستند که گرمای زائد تولید می‌کنند. در دنیای پیشرفته‌ی امروزی، روزانه مقدار چشمگیری گرما از موتورهای وسایل نقلیه تا ماشین‌آلات تولید کالاها آزاد می‌شود. به‌طور معمول، این گرما به جو فرار می‌کند که نشان‌دهنده‌ی فرصت از دست‌رفته‌ای مهم برای بازیابی انرژی است.
مفهوم نوظهور «بازیابی گرمای زائد»، به دنبال رفع این ناکارآمدی است. با بهره‌برداری از این انرژی، صنایع می‌توانند کارایی خود را بهبود بخشند و به محیط زیست پایدارتر کمک کنند.
قدرت چوب
«اثر ترموالکتریک» فرآیندی است که در آن گرما به برق تبدیل می‌شود. این کار با ایجاد اختلاف دما و تولید پتانسیل الکتریکی انجام می‌شود. به این صورت که الکترون‌ها از ناحیه‌ی گرم به سمت ناحیه‌ی سرد حرکت و انرژی الکتریکی قابل استفاده تولید می‌کنند. بااین‌حال، مواد ترموالکتریک رایج معمولاً از عناصر مضر مانند کادمیوم، سرب یا جیوه ساخته می‌شوند که با خطرات زیست‌محیطی و سلامتی همراه هستند و کاربردهای آنها را محدود می‌کند.
اما پژوهشگران اکنون دریافته‌اند که می‌توان از چوب نیز برای ساخت مواد ترموالکتریک استفاده کرد که گزینه‌ای ایمن و پایدار به شمار می‌رود. چوب برای قرن‌ها بخش جدایی‌ناپذیر تمدن‌های انسانی بوده و به‌عنوان منبع مصالح ساختمانی و سوخت استفاده می‌شود. دانشمندان درحال بررسی پتانسیل مواد مشتق‌شده از چوب برای تبدیل گرمای زائد به برق هستند.
رویکرد جدید نه تنها بهره‌وری انرژی را بالا می‌برد، بلکه پتانسیل تبدیل مواد معمولی به اجزای ضروری برای تولید انرژی پایدار را نشان می‌دهد. پژوهشگران دانشگاه لیمریک در همکاری با دانشگاه والنسیا، با استفاده از محصولات چوبی ایرلندی، به‌ویژه «لیگنین» که محصول جانبی در صنعت کاغذ محسوب می‌شود، روشی پایدار برای تبدیل گرمای زائد به برق ابداع کرده‌اند.
چوب گزینه‌ای امن برای تبدیل گرما به انرژی سبز محسوب می‌شود.
مطالعه‌ی تیم نشان می‌دهد که غشاهای ساخته‌شده از لیگنین، وقتی در محلول نمک خیس شوند، می‌توانند گرمای زائد با دمای پایین (زیر ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد) را به‌طور مؤثر به برق تبدیل کنند. در این غشا، اختلاف دما باعث حرکت یون‌ها (یا اتم‌های باردار) در محلول نمکی می‌شود. یون‌های مثبت به سمت ناحیه سردتر و یون‌های منفی به سمت ناحیه گرم‌تر حرکت می‌کنند. این تفکیک بار، اختلاف پتانسیل الکتریکی را در سراسر غشا ایجاد می‌کند که می‌تواند به‌عنوان انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد.
از آنجا که حدود ۶۶ درصد از گرمای زائد صنعتی در این محدوده از دما قرار دارد، این نوآوری فرصت درخورتوجهی برای راه‌حل‌های تبدیل انرژی سازگار با محیط زیست ارائه می‌دهد. این فناوری جدید، پتانسیل ایجاد تغییرات بزرگ در بسیاری از حوزه‌ها را دارد. صنایع تولیدکننده که مقادیر زیادی گرمای اضافی منتشر می‌کنند، می‌توانند با تبدیل آن به برق، از مزایای عمده‌ای بهره‌مند شوند. این کار به آنها کمک می‌کند تا در مصرف انرژی صرفه‌جویی کنند و تأثیر خود بر محیط زیست را کاهش دهند.
فناوری جدید می‌تواند در زمینه‌های مختلفی مورد استفاده قرار گیرد، از تأمین برق در مناطق دورافتاده تا تأمین انرژی برای حسگرها و دستگاه‌ها در کاربردهای روزمره. سازگاری با محیط زیست نیز آن را به راه‌حلی امیدوارکننده برای تولید انرژی پایدار در ساختمان‌ها و زیرساخت‌ها تبدیل می‌کند.
مشکل ذخیره‌سازی
اما جمع‌آوری انرژی از گرمای زائد، اولین قدم است؛ ذخیره‌سازی مؤثر آن نیز به همان اندازه حیاتی است.
ابرخازن‌ها دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی هستند که به سرعت برق را شارژ و دشارژ می‌کنند. این ویژگی آنها را برای کاربردهایی که نیاز به تحویل سریع برق دارند، ضروری می‌کند. بااین‌حال، وابستگی آنها به مواد کربنی مشتق‌شده از سوخت‌های فسیلی، نگرانی‌هایی درباره پایداری ایجاد و نیاز به جایگزین‌های تجدیدپذیر در تولید آنها را برجسته می‌کند.
گروه تحقیقاتی کشف کرده است که کربن متخلخل مبتنی‌بر لیگنین، می‌تواند به‌عنوان الکترود در سوپرخازن‌ها برای ذخیره‌ی انرژی تولیدشده با غشای لینگین، عمل کند. این فرآیند به غشای لیگنین اجازه می‌دهد تا حرارت زائد را جذب و به انرژی الکتریکی تبدیل کند. ساختار کربن متخلخل در آن نیز حرکت و ذخیره سریع یون‌ها را تسهیل می‌کند.
با ارائه‌ی گزینه‌ای سبز که فاقد مواد شیمیایی مضر است و به سوخت‌های فسیلی وابسته نیست، به راه‌حلی پایدار برای ذخیره انرژی از حرارت زائد می‌رسیم. این نوآوری در فناوری ذخیره‌سازی انرژی، می‌تواند انرژی همه چیز، از فناوری‌های پوشیدنی تا وسایل نقلیه برقی را تأمین کند.