استفاده از فناوری نانو برای برداشت انرژی پاک از لباس

تلاش مشترک این پروژه ۱.۵ میلیون یورویی که توسط بنیاد علمی ایرلند و شورای تحقیقات مهندسی و علوم فیزیکی انگلستان تأمین می‌شود، در تحقیقات دانشمندان دانشگاه گلاسگو، انستیتوی فناوری اسلیگو، انستیتوی ملی تیندال، و دانشگاه هریوت-وات نهفته است. این مقاله به بررسی این تحقیق جدید و تاثیرات آن بر محیط‌زیست می‌پردازد.

انرژی پاک از منابع انرژی تجدیدپذیر، آلایندگی ندارند و به آلودگی هوا اضافه نمی‌کنند. این امر برای تولید برق بدون اثرات زیست‌محیطی منفی، مثل آلایندگی کربن دی‌اکسید مهم است. استفاده از انرژی پاک بخشی از آینده انرژی جهانی برای کاربردهای مختلف مانند تولید برق و گرما است.

این مفهوم که توسط گروه از دانشمندان متخصص در چند رشته در ایرلند و اسکاتلند مورد تحقیق قرار گرفته‌است، شامل طراحی سیستم انرژی مستقل پوشیدنی مبتنی بر اصطکاک است. در این فناوری از نانومولدهای پیشرفته‌ای استفاده می‌شود که برای برداشت و استفاده از انرژی جنبشی آزاد شده از مواد لباس در حین حرکت طراحی شده‌اند. موفقیت این تحقیق در ساخت دستگاه‌های ساده بسیار کوچک است که می‌تواند به لباس‌های روزمره بافته شود.

این تیم در حال توسعه نانومولدهای الکتریسیته مالشی (TENGs: Triboelectric Nanogenerators) پارچه‌ای انعطاف‌پذیر برای مهار انرژی جنبشی ناشی از حرکت کاربران برای تبدیل این انرژی به برق و استفاده به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر است. این تیم امیدوار است که این چشم انداز آینده‌نگرانه بتواند تا سال ۲۰۲۷ به واقعیت تبدیل شود و ضمن حفظ سبک زندگی دیجیتالی مردم، علم الکترونیک و نانوفناوری را متحول کند.

تقاضا برای فناوری نانو جدید

نیاز به این نوع انرژی در نتیجه مصرف و تقاضای دستگاه‌های الکترونیکی مورد استفاده در زندگی روزمره از جمله لپ‌تاپ، تلفن همراه، ساعت هوشمند و وسایل نقلیه الکترونیکی ایجاد شده است. این موضوع متعاقباً به نیاز به شارژ کردن این دستگاه‌ها منجر می‌شود که می‌تواند وقت گیر باشد. در حالی که تحقیقات در حال انجام است تا این زمان شارژ کردن بیشتر کاهش یابد و بار از دوش مصرف‌کنندگانی که به شدت بر این دستگاه‌های دیجیتال تکیه می‌کنند کاسته شود، مفهوم استفاده از انرژی جنبشی از طریق فناوری نانو می‌تواند تغییردهنده بازی باشد.

استادی که سرپرستی حوزه نساجی این پروژه تحول‌آفرین را بر عهده دارد، جورج استیلیوس از مدرسه پارچه‌بافی و طراحی اسکاتیش بوردرز، اظهار داشت: «به عنوان انسان، در حین حرکت، به طور جمعی مقدار زیادی انرژی مصرف می‌کنیم، چرا این انرژی را گرفته و از آن به خوبی استفاده نمی‌کنیم؟ انجام این کار نه تنها در مبارزه با تغییرات آب و هوایی به نفع کره زمین است، بلکه آسایش مداوم زندگی مردم را نیز به ارمغان می‌آورد.»

پروفسور جرج استیلیوس بیشتر توضیح می‌دهد که این نوع بافت، مکانیک و اثر متقابل پارچه است که برای تولید انرژی کافی برای این مفهوم ضروری است. این مساله از فرض کوپلینگ اثر حرکت و فناوری نانو برای تولید یک منبع تجدیدپذیر برق به روشی مشابه با الکتریسیته ساکن استفاده می‌کند. بهینه‌سازی اصطکاک بین دو ماده باید باری ایجاد کند که قادر به تبدیل انرژی جنبشی به انرژی الکتریکی باشد.

چالش‌ها

چالش‌های پیش روی این تیم شامل خروجی نیرو است، تلاش‌های قبلی ایجاد یک پارچه TENG به دلیل عدم توانایی تولید انرژی کافی شکست خورده است. با این حال، این تیم با متخصصانی از چند رشته قصد دارد از مواد بسیار تخصصی استفاده کند که توانایی افزایش و بهره‌برداری مؤثر از اصطکاک پارچه را دارد و برای تأمین انرژی اکثر دستگاه‌های تلفن همراه می‌تواند به خروجی صدها میلی‌وات دست یابد.

این پارچه در حال حاضر قادر به تولید انرژی در محدوده‌ای بین میکرووات و میلی‌وات است که هنوز با آنچه هدف محققان برای ایجاد یک منبع انرژی تجدیدپذیر با استفاده از این روش بود، فاصله دارد.

هنگامی که انرژی تولید شد، چالش بعدی در چگونگی انتقال آن به دستگاه‌های تلفن همراه است. پروفسور استیلیوس پیشنهاد می‌کند که این کار می‌تواند به روش‌های مختلفی انجام شود، از جمله ذخیره انرژی الکتریکی در یک باتری کوچک پلیمری در لباس یا انتقال مستقیم انرژی به دستگاه دیجیتال به صورت بی‌سیم از طریق حمل تلفن در جیب شما. او بیان می‌کند که او روش دوم انتقال انرژی را ترجیح می‌دهد و اطمینان دارد استفاده از برق ذخیره‌شده برای افراد مضر نخواهد بود چون سطح خروجی فعلی پایین است و تمرکز دستگاه در کنار آرنج قرار دارد.

این مفهوم تحول‌آفرین استفاده از فناوری نانو هم بر اقتصاد انرژی سبز که تقاضای روزافزونی را به همراه داشته است و هم بر حوزه فناوری تأثیر خواهد گذاشت.

چشم‌انداز آینده می‌تواند دستگاه‌های قابل‌اطمینان‌تری را در هنگام استفاده از یک منبع انرژی پایدار ایجاد کند. این فناوری نمایی از روش پیشرفته برای برداشت انرژی را ارائه می‌دهد که حتی می‌تواند برای برق‌رسانی به دستگاه‌های بزرگ‌تر مورد استفاده قرار گیرد و راه را برای آینده‌ای سازگار با محیطزیست هموار کند.

درباره نویسنده «مرضیه خان»

مرضیه خان عاشق تحقیقات علمی و نوآوری است. او دارای فوق لیسانس فناوری نانو و پزشکی ترمیمی و همچنین لیسانس علوم زیست پزشکی است. او در حال حاضر در NHS کار می‌کند و درگیر یک برنامه نوآوری علمی است.