انقلاب در تولید انرژی خانگی
امروزه، پنل‌های خورشیدی سقفی میلیون‌ها خانه را در سرتاسر جهان تغذیه می‌کنند. اما تیم پژوهشگران دانشگاه بینگهامتون به این فکر افتاده‌اند که آیا می‌توان بخشی از برق مورد نیاز خانه‌ها را از داخل آن‌ها تأمین کرد؟ پژوهش جدیدی که در مجله Advanced Energy Materials منتشر شده، به بررسی این موضوع پرداخته و نشان می‌دهد که چگونه رطوبت داخلی می‌تواند به یک جریان الکتریکی کوچک تبدیل شود.
به نظر می‌رسد استخراج برق از هوای داخل خانه غیرممکن باشد، اما ژنراتورهای الکتریکی مرطوب دقیقاً همین کار را انجام می‌دهند. این دستگاه‌ها رطوبت محیط را به برق تبدیل می‌کنند و تا به حال بیشتر به استفاده در فضای باز معطوف شده بودند، جایی که تنها چند میکرووات (میلیون‌ها قسمت از یک وات) برق تولید می‌کنند. محیط‌های بیرونی به دلیل تغییرات دما و رطوبت، شرایط نامساعدی برای کار دارند.
به گفته سئوک هیون چوی، سرپرست تیم تحقیق، “مشکل این است که مقدار بسیار کمی از انرژی تولید می‌شود و محیط بیرونی به دلیل تابش شدید آفتاب و تغییرات جوی پایدار نیست.” اما در یک محیط داخلی، رطوبت بین ۳۰ تا ۶۰ درصد بسیار ثابت است و فعالیت‌های روزمره مانند تنفس، آشپزی و حمام کردن رطوبت اضافی تولید می‌کند.
نحوه عملکرد دیوار هوشمند
تیم تحقیق از کاغذهای با کیفیت آزمایشگاهی به جای کاغذ دیواری تجاری استفاده کرده است. سیم‌کشی‌ها در قسمت پشتی قرار دارند و با سوراخ‌های لیزری پر شده با رنگ نقره‌ای به هم متصل می‌شوند. این روش از ترکیب چاپ موم، پاشش رنگ، چاپ سیلک و کار لیزری استفاده می‌کند و نیازی به اتاق تمیز ندارد. هدف این تیم این است که همه چیز به صورت چاپی برای تولید انبوه آماده شود.
دیوار هوشمند از مربع‌های ۲ در ۲ سانتی‌متری کاغذ تشکیل شده که هر کدام دارای سه ناحیه است. لبه‌ها حاوی گلیسرول هستند که بخار آب را از هوا جذب کرده و به آب مایع تبدیل می‌کند. ناحیه وسط از پلی وینیل پیرولیدون (PVP) تشکیل شده که آب را محکم‌تر نگه می‌دارد و دارای منافذ کوچکتری است. در مرکز نیز یک لایه موم وجود دارد که آب مایع را دفع کرده اما بخار را از خود عبور می‌دهد.
با این روش، رطوبت به طور مداوم در لبه‌ها جذب و از مرکز به عنوان بخار خارج می‌شود و این جریان مستمر باعث تولید برق می‌شود. در حال حاضر، خروجی این سیستم هنوز در سطح متوسطی قرار دارد. یک کاشی به تنهایی حدود ۰.۳۴ ولت در رطوبت ۸۰ درصد تولید می‌کند و مجموعه‌ای متشکل از ۱۰ کاشی به حدود ۲.۹ ولت می‌رسد.
نتایج و مزایای دیوار هوشمند
یک مجموعه ۳۵ کاشی توانسته است یک سنسور رطوبت را برای حدود ۱۵ دقیقه راه‌اندازی کند و بزرگ‌ترین مجموعه با ۱,۵۹۶ کاشی، ۳.۵ ولت برق در رطوبت تقریبی ۳۸ درصد تولید کرده است. این مقدار برق کافی بود که یک کیبورد بی‌سیم را با کمک یک خازن، که شارژ را ذخیره و به صورت ناگهانی آزاد می‌کند، به کار بیندازد. همچنین این کاغذ به عنوان یک بافر رطوبتی عمل می‌کند و رطوبت را جذب کرده و دوباره آزاد می‌کند.
با این نوآوری، می‌توان به سمت بهینه‌سازی انرژی در خانه‌ها حرکت کرد و استفاده بهینه از رطوبت داخلی را فراهم آورد.
