تبليغات و سرمايه گذاري

سرگذشت برق در زنگي ما

انرژي سبز، تا جايي كه ما آن را اجرا كرده ايم، در بهترين حالت سايه اي از قهوه اي مايل به سبز است - شايد ارتشي يا زيتوني. اينورتر آي مستر مزارع خورشيدي از انرژي تجديدپذير خورشيد استفاده مي كنند اما به زمين هاي بزرگ و فلزات كمياب زمين نياز دارند. نيروي باد داراي حداقل ردپاي كربن است، اما، مانند انرژي خورشيدي، در باتري هاي ساخته شده از سرب و ليتيوم ذخيره مي شود. انرژي هسته اي كربن بسيار كم است، اما خطر يك چرنوبيل ديگر سخت است. اينورتر آيمستر همه اين گزينه‌ها پيشرفت بزرگي نسبت به انرژي زغال‌سنگ دارند، اما فشار واقعي براي يافتن منبع انرژي واقعاً مقياس‌پذير، ارزان و 100% سبز وجود دارد.

هفته گذشته، درايو imaster دانشمندان دانشگاه ماساچوست آمهرست با ارائه يك دستگاه ارزان قيمت به نام Air-gen، كه الكتريسيته را از هواي رقيق توليد مي‌كند، به چالش كشيدند. و از آنجايي كه براي توليد آن نيازي به مواد شيميايي خشن نيست، "كل فرآيند"، نويسنده مسئول و استاديار مهندس برق پروفسور جون يائو از طريق ايميل به OneZero، "سبز" است.

اگرچه بعيد به نظر مي رسد، فناوري دستگاه بر اساس يك پديده طبيعي است: رشته هاي پروتئيني توليد كننده الكتريسيته به نام نانوسيم ها، كه از باكتري كوچكي به نام Geobacter sulfurreducens (نسخه اسباب بازي مخمل خواب دار اين باكتري شبيه چيتو با شاخك ها به نظر مي رسد) سرچشمه مي گيرند. . يائو و همكارانش در مقاله اي كه هفته گذشته در ژورنال نيچر منتشر كردند، كشف كليدي خود را شرح دادند: رطوبت معلق به طور طبيعي در هوا «نيروي محركه» پشت توانايي توليد الكتريسيته نانوسيم ها است.

به فيزيك دبيرستان فكر كنيد. الكتريسيته اساساً جريان الكترون ها، ذرات با بار منفي كه دور اتم ها مي چرخند، از ناحيه اي با بار زياد به ناحيه اي با بار كم است. آب مي تواند منبع خوبي براي اين الكترون هاي باردار باشد، اگر بتوان آن را به اجزاي سازنده خود يعني هيدروژن و اكسيژن تجزيه كرد.

تئوري اين تيم اين است كه وقتي گره‌اي از نانوسيم‌ها به يك لايه شبكه‌مانند فشرده مي‌شود، آب از هوا فقط در بالاي آن جمع مي‌شود و به دو Hs و O تجزيه مي‌شود و الكترون‌هاي آب را آزاد مي‌كند. اين به بالاي فيلم بار بيشتري نسبت به قسمت پايين مي دهد و شرايط عالي را براي جريان الكترون ها فراهم مي كند. هنگامي كه محققان يكي از اين لايه‌ها را بين دو الكترود طلا قرار دادند تا يك مدار ايجاد كنند، اين دستگاه كوچك ولتاژ 0.5 ولتي را در يك لايه تنها 7 ميكرومتر ايجاد كرد. (براي مقايسه، يك باتري ماشين شارژ شده حدود 12.6 ولت است.)

"كل فرآيند سبز است."

اساساً، Air-gen مي‌تواند جرياني از الكترون‌ها را بدون ورودي زياد، به لطف زيست‌شناسي چشمگير نانوسيم‌هاي ژئوباكتر، توليد كند. درك لولي، نويسنده و پروفسور برجسته ميكروبيولوژي، كه بيش از 30 سال مطالعه خود را به ميكروب الكتريكي اختصاص داده است، سيم ها را با موهاي فردي انسان مقايسه مي كند - رشته اي كه از پروتئين هاي مختلف تشكيل شده است، تنها 20000 برابر نازك تر از آنچه كه مي كنيد. خارج از پوست سر شما.

برق در زندگي شما

قبل از اينكه بتوانيم تكه‌هايي از اين فيلم‌هاي نانوسيم را روي آيفون يا فيت‌بيت بچسبانيم، توليد آن‌ها بايد بزرگ‌تر شود تا چندين وصله بتوانند در پشت سر هم براي توليد برق كافي براي تامين انرژي دستگاه‌هاي مدرن كار كنند. يائو مي‌گويد كشف چگونگي توليد انبوه نانوسيم‌ها، به‌علاوه ابداع يك «استراتژي مهندسي هوشمندانه» براي كنار هم قرار دادن آنها به روشي فشرده، كليدي خواهد بود.

آنها قبلاً با تلاش براي حذف خود باكتري ژئوباكتر از تصوير شروع به مقابله با مشكل قبلي كرده اند. لولي توضيح مي دهد: «ساخت مقادير زيادي سيم با ژئوباكتر آسان نيست. رشد انبوه برخي از باكتري ها راحت تر از بقيه است. از آنجايي كه باكتري E. coli به سرعت رشد مي كند، تبديل به مورد علاقه دانشمندان براي مهندسي ژنتيك شده است. تيم Lovley سويه اي از E. coli را مهندسي كردند كه نانوسيم هاي Geobacter را توليد مي كند، بنابراين اكنون آنها يك منبع آماده دارند.

او مي‌گويد: «اكنون كه گلوگاه ميكروبيولوژيكي را حل كرده‌ايم، مهندسان مي‌توانند طراحي دستگاه‌هاي بزرگ‌تر Air-gen را آغاز كنند».

هنوز اين سوال وجود دارد كه آيا اين فناوري به همان اندازه كه به نظر مي رسد سبز است يا خير. يائو معتقد است كه توليد نانوسيم‌ها براي محيط‌زيست كاملاً بي‌خطر است – و راه‌اندازي آن ارزان است – زيرا «ما به سادگي مواد خام تجديدپذير را بدون دخالت مواد شيميايي خشن/سمي وارد باكتري‌ها مي‌كنيم». بر اساس برآورد Lovley، اين هزينه 100 برابر كمتر از هزينه مورد نياز براي ساخت سيليكون درجه نيمه هادي است كه براي سلول هاي خورشيدي استفاده مي شود.

يائو مي‌گويد: از نانوسيم‌ها گرفته تا نحوه توليد تا انرژي توليد شده، همه سبز هستند. وقتي برچسب سبز روي فناوري گذاشته مي‌شود، اغلب «به اين معني است كه بخش توليد انرژي سبز است و همچنان مي‌تواند زباله‌هاي الكترونيكي توليد كند».

لاولي مي‌گويد كه تا آنجايي كه او مي‌داند، هيچ فناوري موجودي وجود ندارد كه شبيه Air-gen باشد. به نظر مي رسد در زمان انتشار اين مقاله، حق اختراعي در مورد Air-gen وجود نداشته باشد، اما اين تحقيق توسط يك صندوق اوليه از طريق دفتر تجاري سازي فناوري و سرمايه گذاري UMass-Amherst تأمين مالي شده است. به نظر مي رسد كه تيم آماده است تا به سرعت افزايش يابد.

آن طور كه يائو آن را مي بيند، تامين انرژي يك دستگاه بزرگ با Air-gen تنها به اضافه كردن ژنراتورهاي بسيار كوچك بستگي دارد. اين مشابه استفاده از «هزاران سلول باتري» براي «راندن خودروي تسلا» است، حتي اگر هر سلول باتري تنها انرژي محدودي دارد. آنها به طور بالقوه مي توانند ابزارهاي پوشيدني در مقياس كوچك، ابزارهاي الكتريكي در مقياس متوسط يا حتي يك ايستگاه راه دور را تامين كنند، البته تا زماني كه بتوانند به سرعت مقياس شوند. و به نظر مي رسد مطمئن هستند كه مي توانند.

هفته گذشته در يك توييت گستاخانه، او "پاسخ نهايي" را براي داوران مقاله Nature آنها ارسال كرد: يك گيف از ژن وايلدر در فرانكنشتاين جوان، كه عبارت نمادين خود را بيان مي كند: "اين مي تواند كار كند!"