تولید برق با چمن مصنوعی | رویایی که به واقعیت پیوسته است

آیا می‌دانید که با چمن مصنوعی می‌شود برق تولید کرد؟ این نوع چمن مجهز به پنل‌های خورشیدی است و توانایی تولید برق از انرژی خورشیدی را دارد. بر اساس این فناوری، این چمن مصنوعی می‌تواند به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر در محیط زیست استفاده شود. این فناوری به دلیل کاهش در مصرف سوخت‌های فسیلی و کاهش گازهای گلخانه‌ای، می‌تواند به عنوان یک راهکار پایدار برای تولید برق در طبیعت به کار گرفته شود. در این مطلب به بررسی تولید برق با چمن مصنوعی می‌پردازیم.

تولید برق با چمن مصنوعی چطور انجام می‌شود؟

چمن مصنوعی با داشتن پنل خورشیدی، مانند یک واحد ژنراتور عمل می‌کند و همزمان با دریافت انرژی تابش خورشید، برق تولید می‌کند. دانشمندان دانشگاه جنوب غربی جیائوتنگ در چین و موسسه فناوری جورجیا در آتلانتا این مدل چمن مصنوعی را آزمایش کردند. آنها گفتند که این چمن برای تولید برق به عنوان یک منبع انرژی پایدار، می‌تواند کاملا موثر عمل کند.

در شماره دسامبر 2015 مجله علمی Advanced Materials، محققان مقاله‌ای را منتشر کردند که در آن توضیح می‌داد که چگونه چمن مصنوعی می‌تواند برای تولید برق به کار گرفته شود. این پژوهش نشان می‌داد که یک زمین چمن مصنوعی به مساحت 300 متر مربع می‌تواند بیش از 7 کیلو وات برق تولید کند که برای تامین برق کل یک خانه مناسب است.

با اینکه این فناوری هنوز در مراحل ابتدایی خود است، اما تحقیقات امیدوارکننده است. بدین ترتیب، شاید در سال‌های پیش رو، به جای پنل‌های خورشیدی، چمن‌های مصنوعی را روی پشت بام‌ها و همچنین حیاط‌های خود نصب کنیم.

تولید برق با چمن مصنوعی به عنوان ژنراتور بادی

ایده تزئین پشت بام‌ها با پنل‌های خورشیدی مدتی است که مطرح شده است. اما یک تیم بین‌المللی از دانشمندان، مفهوم جدیدی برای استفاده از چمن مصنوعی برای تولید انرژی ارائه کردند. ظاهرا الیاف مصنوعی می‌توانند به عنوان یک توربین بادی مینیاتوری کار کنند و با هر نسیمی برای خانه نیرو تولید کنند.

ژنراتور توربوالکتریک (TENG) از نوارهای چمن مصنوعی برای تولید جریان الکتریکی استفاده می‌کند. یک طرف تیغه فیبر را می‌توان با نانوسیم‌ها و طرف دیگر را با اکسید قلع ایندیم پوشاند. با وزش باد، الیاف در تماس با یکدیگر قرار می‌گیرند. این مساله باعث می‌شود الکترون‌ها از یک قطعه چمن به قطعه دیگر عبور کنند و جریان الکتریکی ایجاد کنند.

این روش تولید برق از چمن مصنوعی، از اصلی موسوم به اثر تریبوالکتریک یا الکتریسیته تماسی استفاده می‌کند. این روش، مثل حالتی است که مواد مختلف مثل شانه و مو در تماس اصطکاکی قرار می‌گیرند و تریبوالکتریسیته ایجاد می‌کنند. این فرایند تولید برق، تقریبا می‌توان گفت که شبیه یک پیوند شیمیایی است و مولکول‌های غیرمشابه الکترون‌ها را مبادله می‌کنند.

فناوری گفته شده می‌تواند در مناطقی که جهت باد به طور مکرر تغییر می‌کند یا مکان‌هایی که آسیاب‌های بادی بی‌اثر هستند، بسیار خوب عمل کند. به گفته دانشمندان دانشگاه جورجیا تک، 60 نوار چمن مصنوعی می‌توانند برای تامین انرژی 60 چراغ LED برق کافی تولید کنند. با اینکه این مفهوم بسیار امیدوارکننده است، اما ابتدا دانشمندان باید جایگزین ارزان‌تر و ایمن‌تری برای اکسید قلع ایندیم پیدا کنند؛ چرا که این ماده سمی است و نباید استنشاق شود؛ زیرا باعث تحریک خفیف در مجاری تنفسی می‌شود.

استفاده همزمان از انرژی خورشیدی و باد در چمن مصنوعی

چگونه می‌توان الکترون‌های آزاد تولید شده توسط الکتریسیته الیاف مصنوعی را جذب کرد؟ اینجا است که چمن مصنوعی مجهز به پنل خورشیدی نقش خود را بازی می‌کند. با توجه به پیشرفت روزافزون فناوری سلول‌های آتشفشانی (تبدیل مستقیم نور به الکتریسیته در سطح اتمی)، می‌توان چمن مصنوعی را با پنل‌های خورشیدی قرار داده شده در پشت بام‌ها ترکیب کرد. پشت بام‌ها و حیاط‌های سبز و زیبا را تجسم کنید که انرژی پاک، مقرون‌به‌صرفه و به مقدار زیاد از باد و خورشید تولید می‌کنند تا نیاز برق شما برآورده شود!

محققان برای مشاهده میزان اثربخشی این فناوری، آن را آزمایش کردند. آنها در این آزمایش یک TENG (نانو ژنراتور تریبوالکتریک) انعطاف‌پذیر و شفاف را برای برداشت انرژی از باد طبیعی در جهت دلخواه باد آزمایش کردند. با تکیه بر نوارهای پلیمری آزاد ایستاده عمودی، که از لایه نازک پلی اتیلن ترفتالات پوشش داده شده با اکسید قلع ایندیم (ITO) (PET) تشکیل شده است، آرایه TENG‌های آرام مورفولوژی خاصی در خود نگه می‌دارد و هر نوار می‌تواند به طور مستقل تاب بخورد و وقتی باد طبیعی می‌وزد، باعث جدایی تماسی شود.

به عبارت دیگر، وقتی این تیغه‌های علف مصنوعی مهندسی‌شده در معرض وزش باد و نسیم قرار می‌گیرند، هر بار که با چمن همسایه خود تماس برقرار می‌کنند، مقدار کمی برق تولید می‌شود. اگر این مقدار را در میلیون‌ها تیغه چمن در یک محوطه ضرب کنید، خواهید دید که چمن مصنوعی می‌تواند میزان قابل توجهی انرژی پاک و پایدار تولید کند.

مزایای تولید برق با چمن مصنوعی

اگر روزی در آینده تصمیم به نصب چمن مصنوعی روی پشت بام یا حیاط خانه را بگیرید، نه تنها در هزینه آب صرفه‌جویی می‌شود، بلکه می‌توانید از این انرژی تجدیدپذیر برای تامین کل برق خانه‌تان هم استفاده کنید. امروزه انرژی تجدیدپذیر یک نیاز جدی است، زیرا منابع فسیلی با سرعت نگران‌کننده‌ای در حال تمام شدن هستند. در ادامه به بررسی مزایای تولید برق با چمن مصنوعی می‌پردازیم:

• انرژی پاک: انرژی تجدیدپذیر، اصطلاحا سبز و پاک به شمار می‌رود؛ درست مثل خود چمن. منابع انرژی تمام‌نشدنی نور خورشید، باد، آب، و زیست‌توده، هیچ اثر منفی بر محیط زیست ندارند. در مقابل، سوخت‌های فسیلی درصد بالایی از آلاینده‌های هوا و آب (مانند مونوکسید کربن و دی اکسید کربن) را تولید می‌کنند. بنابراین، یکی از مزایای عمده استفاده از چمن مصنوعی برای تولید برق، کاهش گازهای گلخانه‌ای و مقابله با گرم شدن کره زمین است
• انرژی پایدار: یکی از ویژگی‌های چمن مصنوعی به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر این است که جای خالی منبع دوباره به طور طبیعی پر می‌شود. در واقع این منبع انرژی جایگزین یعنی نور خورشید، به فراوانی وجود دارد و هرگز تمام نمی‌شود. این در حالی است که سوخت‌های فسیلی منابع محدودی هستند و نمی‌توان به آنها اتکا داشت
• پیچیدگی فنی کمتر: چمن مصنوعی و به طور کلی منابع انرژی تجدیدپذیر به دلیل نداشتن قطعات متحرک زیاد، نسبت به ژنراتورهای بزرگ، معمولا به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارند. در واقع سوخت آنها از طبیعت گرفته می‌شود و منابع موجود هزینه‌های عملیاتی را تا حد زیادی کاهش می‌دهند.

چمن مصنوعی می‌تواند منبع انرژی الکتریکی در آینده باشد

شاید تا چند سال پیش کسی فکرش را هم نمی‌کرد که بتوان با چمن مصنوعی برق تولید کرد؛ ولی منبع تولید برق می‌تواند در خانه‌های ما باشد. با اینکه دانشمندان هنوز در مراحل اولیه توسعه این فناوری هستند، اما نتایج برای آینده چمن مصنوعی نویدبخش هستند و به زودی شاهد زمین‌های چمن مصنوعی با قابلیت تولید برق خواهیم بود.