زوال اقتصادی و زیست‌محیطی با مصرف انرژی‌های فسیلی/ مواد ترموالکتریک به کمک انرژی پاک می‌آید

با افزایش استفاده از انرژی‌های فسیلی در دنیا، تغییر الگوی مصرف انرژی به سمت استفاده از انرژی‌های پاک در دستور کار قرار گرفت و این موضوع باعث شده است امروزه از مواد ترموالکتریک در جهت دسترسی به انرژی‌های پاک استفاده شود.

[

به گزارش شبکه اطلاع رسانی راه دانا؛ به نقل از خبرگزاری علم و فناوری؛ در دنیای امروز، یکی از مولفه‌های نشان‌دهنده پیشرفت در هر کشور، نوع نگاه عمومی به چگونگی مدیریت مصرف کلیه منابع و بخصوص انرژی می‌باشد. در هر کشور، انرژی سرمایه‌ای گرانبها برای به حرکت درآوردن چرخه‌های تولید و صنعت است. در میان اشکال مختلف انرژی، انرژی برق یکی از با ارزش‌ترین و مهم‌ترین آن‌ها می‌باشد. کاهش منابع انرژی فسیلی افزایش قیمت حامل‌های انرژی و پیامدهای زیست محیطی تولید و مصرف انرژی الکتریکی، بهینه‌سازی مصرف در این بخش را ضروری ساخته است. بنابراین، از اوئل دهه 1970 میلادی حرکت کشورها به منظور بهینه‌سازی مصرف انرژی در دنیا آغاز شد و کشورهای صنعتی به دستاوردهای قابل توجهی در زمینه‌های اقتصادی و زیست محیطی نائل شدند. در واقع امروزه کشورهای صنعتی به مدیریت مصرف انرژی به عنوان یک منبع جدید انرژی می‌نگرند.

, شبکه اطلاع رسانی راه دانا,

طبق نتایج پژوهش فرزام نجابت خواه و همکارانش با موضوع چالش‌ها و راهکارهای بهسازی مصرف انرژی الکتریکی، می‌توان گفت مدیریت مصرف و تبعیت از توصیه‌های بهینه‌سازی مصرف انرژی، بکارگیری روش‌های کاهش مصرف انرژی در موتورهای الکتریکی، بهینه‌سازی مکانی و زمان لامپ‌های روشنایی و بهبود کیفیت توان در بارها و سیستم‌های تغذیه الکتریکی از جمله راهکارهایی هستند که در مدت کوتاه و با سرمایه‌گذاری کم، موجب کاهش و بهسازی مصرف انرژی الکتریکی می‌گردند. از طرفی، محلی‌سازی تولید و مصرف انرژی(گرایش به تولید انرژی به صورت پراکنده)، رویکرد به سمت بهره‌گیری از منابع رایگان انرژی، انرژی‌های تجدیدپذیر، بکارگیری مولدهای پر بازده و کم حجم انرژی الکتریکی، بکارگیری منابع تولید پراکنده هیبریدی(ترکیبی) انرژی الکتریکی از جمله راهکارهایی می‌باشند که به سرمایه‌گذاری بیشتر و کسب نتیجه در یک دوره زمانی بیشتری نیاز دارند.

از طرف دیگر، با توجه به این که ایران کشوری رو به رشد و برخوردار از منابع غنی و گسترده انرژی بوده و یکی از مصادیق الگوی رشد با فشار بر منابع طبیعی محسوب می‌شود، لذا بررسی اثرات زیست‌محیطی مصرف انرژی و رشد اقتصادی در ایران با توجه به اتخاذ رویکرد رشد اقتصادی بالا با حفظ محیط‌زیست، مهم است. از زمانی که آلودگی‌های زیست‌محیطی، به عنوان مسأله اقتصادی و اجتماعی مطرح گردید، مطالعه در مورد عوامل مؤثر بر آلودگی محیط‌زیست نیز آغاز شده است. در این زمینه، اکثر صاحبنظران بر این عقیده‌اند که عواملی همچون مصرف انرژی، رشد اقتصادی و رشد جمعیت در ایجاد و گسترش آلودگی نقش اساسی دارند.

باتوجه به این مباحث باید موضوع استفاده از انرژی‌های پاک و تجدیدشونده را مدنظر قرار دهیم، زیرا مصرف انرژی‌های تجدیدناپذیر علاوه بر ضررهای اقتصادی، محیط زیست پایدار را به خطر خواهد انداخت. این مهم در مقاله داوود بهبودی و اسماعیل برقی با موضوع "اثرات زیست‌محیطی مصرف انرژی و رشد اقتصادی در ایران" به اثبات رسیده است. نتایج این پژوهش حاکی از آن بوده است که یک درصد افزایش در شدت استفاده از انرژی باعث افزایش 92 درصدی انتشار سرانه گاز دی‌اکسیدکربن و آلودگی محیط‌زیست شده است. همچنین، با افزایش یک درصدی تولید ناخالص داخلی سرانه انتشار سرانه گاز دی‌اکسیدکربن به مقدار1.31 درصد افزایش داشته است. در نتیجه الگوبرداری و بهره‌برداری از جدیدترین دستاوردها و پژوهش‌های محققان در این حوزه می‌تواند به کشور در جهت تامین انرژی پاک و ذخیره انرژی‌های فسیلی کمک شایانی کند.

تولید نیرو از گرمای زباله؛ جدیدترین دستاورد محققان آمریکایی

ترموالکتریسیته(Thermo Electrictiy) علم تبدیل گرما به انرژی الکتریکی و یا بطور معکوس تبدیل انرژی الکتریکی به گرمایش و یا سرمایش است. علم تبدیل گرما به انرژی الکتریکی این امکان را فراهم می‌آورد که انرژی حرارتی اتلافی بصورت انرژی الکتریکی ذخیره شود. با وجود آنکه بازدهی این نوع تبدیل معمولا کم است، ولی مدتی است که به دلیل تجدیدپذیر بودن آن مورد توجه قرار گرفته است و تحقیقات و پیشرفت‌های بدیعی در ساخت مواد جدید و یا ساختارهای متفاوت در اندازه نانومتری در حال انجام است.

مواد ترموالکتریک به عنوان منبعی از انرژی پاک، موضوع پژوهش در مورد موادی هستند که می‌توانند نیروی قابل توجهی را از گرمای زباله تولید کنند. هدف اصلی در سیستم‌های بازیافت انرژی از گرمای اتلافی، کاهش انرژی مصرفی است. این تراشه‌ها اثر خیلی محدودی بر روی طبیعت دارند و کاملا انفعالی و تمیز بوده و بدون منبع انرژی اضافی کار می‌کنند.

ترموالکتریک می‌تواند تمام موارد فوق را فراهم کند و بطور همزمان میزان نشر گاز دی‌اکسیدکربن را کاهش دهد. بعلاوه مولدهای ترموالکتریکی می‌توانند بطور مستقل و بدون سیم کار کنند و این امر احتمالا منجر به ظهور کاربردهای جدید خواهد شد و نیز نیاز به استفاده از ادوات ذخیره انرژی الکتریکی در کنار مولدهای الکتریکی را از بین خواهد برد.

پژوهشگران "دانشگاه هیوستون" آمریکا، بررسی جدیدی در مورد عملکرد مواد ترموالکتریک انجام داده‌اند و مدلی را ابداع کرده‌اند تا تناقض‌های موجود در این حوزه که در پژوهش‌های پیشین توضیح داده نشده‌اند را مشخص کنند. آنها این مدل را به کار گرفتند تا بتوانند مواد جدیدی را برای تولید نیرو از گرمای زباله پیدا کنند.

در حال حاضر مشخص است که کارایی مواد ترموالکتریک، به عملکرد این ماده در دو شکل مثبت و منفی برای حمل شارژ مثبت و منفی بستگی دارد، اما بیشتر مواد، در هر دو شکل مثبت و منفی ارائه نمی‌شوند و یا کارایی یکی از این دو شکل در آن‌ها، بیش از دیگری است.

تولید مواد امیدوارکننده

ساخت ابزار ترموالکتریک کارآمد، با یکی از دو شکل ممکن است، اما طراحی ابزاری که هر دو شکل مثبت و منفی را در بر داشته باشد، ساده‌تر خواهد بود. "ژیفنگ رن"(Zhifeng Ren)، استاد فیزیک دانشگاه هیوستون و از نویسندگان این پژوهش گفت: بهترین عملکرد این ابزار را هنگامی می‌بینیم که هر دو شکل مثبت و منفی را با ویژگی‌های مشابه در اختیار داشته باشیم.

پژوهشگران، یکی از مواد مورد نظر خود را که ترکیبی از زیرکونیم، کبالت و بیسموت است، تولید کردند و بازدهی تبدیل گرما به الکتریسیته را در دو دمای متفاوت مورد ارزیابی قرار دادند.

"جون مائو"(Jun Mao)، پژوهشگر دانشگاه هیوستون و نویسنده ارشد این پژوهش گفت: ما عملکرد برخی از مواد مورد نظر خود را بررسی کردیم و هر دو شکل مثبت و منفی را در آن‌ها مورد بررسی قرار دادیم. اگر حرکت شارژ در هر دو شکل مثبت و منفی، مشابه باشد، عملکرد ترموالکتریک آن‌ها نیز مشابه خواهد بود.

آن‌ها با اطلاع از این موضوع توانستند از نسبت تحرک برای پیش‌بینی عملکرد موضوعات بررسی نشده این حوزه استفاده کنند.

"هانگتیان ژو"(Hangtian Zhu)، پژوهشگر دانشگاه هیوستون و از نویسندگان این پژوهش گفت: نخستین گام برای بررسی این است که پس از کشف ماده‌ای که هر دو شکل مثبت و منفی را دارد، نحوه شکل‌گیری آن را مشخص کنیم. برای این کار باید آزمایش‌هایی انجام گیرند تا بهترین نوع ماده مشخص شود. پژوهشگران، مقدار کمی از یک عامل دیگر را به ترکیب جدید خود اضافه کردند تا عملکرد آن را افزایش دهند.

ژو افزود: برای پیش‌بینی اینکه کدام ترکیب، عملکرد بهتری در هر دو شکل مثبت و منفی دارد، تشویق شدیم تا جستجوی خود برای یافتن بهترین ترکیب را ادامه دهیم. این پژوهش، در مجله "Science Advances" به چاپ رسید.

در طول سه دهه اخیر، خطرات و آسیب‌های محیط‌زیست بیشتر نمایان شده است. این آسیب‌ها، ناشی از ترکیب عواملی همچون رشد جمعیت، رشد اقتصادی، مصرف انرژی و فعالیت‌های صنعتی است. از آنجا که انجام هر فعالیت اقتصادی مستلزم مصرف انرژی است، لذا از یک طرف انرژی به منزله عامل محرک توسعه اقتصادی، اجتماعی و بهبود کیفیت زندگی انسانی تلقی می‌شود و از سوی دیگر، موجب تولید آلاینده‌های زیست‌محیطی می‌گردد به ویژه اگر مصرف انرژی با ناکارآمدی نیز مقارن باشد، فرآیند تولید آلاینده‌ها تشدید می‌شود. درنتیجه پرداختن به الگوی مصرف انرژی و مطالعه و بهره‌برداری از جدیدترین تحولات در این حوزه، یکی از مهم‌ترین موضوعاتی است که باید مورد توجه قرار بگیرد.

تولید نیرو از گرمای زباله؛ جدیدترین دستاورد محققان آمریکایی

تولید مواد امیدوارکننده

]