دستگاهی انقلابی که میتواند انرژی بیپایان را آزاد کند
گرمایی که با «صدا» تولید میشود و شاید آینده گرمایش شهرها و صنایع را تغییر دهد
دانشمندان از توسعه دستگاهی نوآورانه خبر دادهاند که میتواند با استفاده از امواج صوتی (Sound Waves)، گرما تولید و تقویت کند؛ فناوریای که اگر در مقیاس بزرگ به نتیجه برسد، میتواند شیوه گرمایش خانهها، صنایع و حتی مرکزهای داده (Data Centers) را دگرگون کند. راز این فناوری در نوعی انرژی نهفته است که همهجا اطراف ما را فرا گرفته: انرژی صوتی (Acoustic Energy).
در این گزارش چه میخوانیم؟
- پژوهشگران یک پمپ حرارتی جدید (Heat Pump) طراحی کردهاند که با کمک امواج صوتی، انرژی گرمایی را جابهجا کرده و گرمای بیشتری تولید میکند.
- تیمی از چین موفق شده با این سیستم، مقدار بیسابقهای گرما تولید کند و معتقد است تا سال ۲۰۴۰ میتوان از نور خورشید برای تولید گرمای عظیم استفاده کرد.
- این پمپ حرارتی میتواند هم در کاربردهای صنعتی سنگین و هم در ساختمانهای مسکونی به کار رود و همزمان گرمای تلفشده منابع بزرگی مانند مرکزهای داده را بازیافت کند.
چین اعلام کرده است که میتواند با استفاده از امواج صوتی، گرمای بسیار زیادی تولید کند. البته این پژوهش هنوز در مراحل اولیه است، اما اگر زمان و فضای کافی در اختیار این فناوری قرار گیرد، ممکن است روش گرمایش شهرها و حتی مرکزهای داده را بهطور اساسی تغییر دهد.
اجزای اصلی این سیستم چیست؟
این سامانه تنها از سه بخش اصلی تشکیل شده است:
- واحد موتور ترموآکوستیک (Thermoacoustic Engine Unit)
- واحد پمپ حرارتی ترموآکوستیک (Thermoacoustic Heat Pump Unit)
- رزوناتورهای آکوستیکی (Acoustic Resonators)
به گفته پژوهشگران، در صورت اثبات نهایی، این فناوری «بهطور موثر شکاف موجود در فناوری پمپهای حرارتی دمای بالا را برای کاربردهای صنعتی سنگین پر میکند».
ترموآکوستیک چیست و از کجا آمده است؟
اثر ترموآکوستیک (Thermoacoustic Effect) که امکان تبدیل متقابل انرژی گرمایی و انرژی صوتی را فراهم میکند، پدیدهای تازه در علم نیست. برخی روایتهای تاریخی نشان میدهد شیشهگران قرنها پیش از خواص گرمایی صدا آگاه بودهاند. حتی در دهه گذشته نیز چندین شرکت برای کاربردهایی مانند گرمایش ساختمانهای مسکونی وارد حوزه تولید گرما با فناوری ترموآکوستیک شدهاند.
پمپهای حرارتی معمولی چگونه کار میکنند؟
برای درک بهتر این پیشرفت، ابتدا باید بدانیم پمپ حرارتی معمولی چگونه عمل میکند. این پمپها معمولاً شامل:
- کمپرسور برای جابهجایی سیال مبرد
- مبدل حرارتی
در این فرایند، ابتدا گرما از هوای بیرون یا زمین استخراج میشود. با افزایش گرما، سیال مبرد از حالت مایع به گاز تبدیل میشود. سپس کمپرسور با افزایش فشار گاز، دمای آن را بالاتر میبرد. در نهایت، این گاز داغ به مبدل حرارتی داخلی منتقل میشود تا برای گرمکردن خانه یا کاربردهای مشابه استفاده شود.
تفاوت بزرگ پمپ جدید چیست؟
پمپ جدید هیچ قطعه متحرکی ندارد. به جای آن، این سیستم «بر تعامل میان امواج صوتی و گرما، یعنی ترموآکوستیک، تکیه میکند تا انرژی گرمایی را جابهجا کند». انرژی صوتی، گرما را از یک منبع دریافت کرده و به یک «مخزن دمایی بالاتر (Heat Sink)» منتقل میکند که میتواند نقش مبدل حرارتی را ایفا کند.
رکورد دمایی بیسابقه
در مقالهای داوریشده که در مجله Energy منتشر شده، پژوهشگران گزارش دادهاند که این سیستم قادر است گرمایی تا ۵۱۸ درجه فارنهایت تولید کند؛ دمایی که به گفته آنها تقریباً ۱٫۵ برابر بیشتر از بیشترین دمای گزارششده قبلی در این حوزه است.
کاربردهای احتمالی روی زمین
البته لازم است مطالعات بیشتری انجام شود تا نتایج تیم چینی تأیید شود. با این حال، پمپهای حرارتی ترموآکوستیک آینده میتوانند کاربردهای گستردهای داشته باشند. یک مقاله دیگر که در مجله Energy منتشر شد، به کاربردهایی مانند:
- ذخیرهسازی انرژی
- صنایع شیمیایی
- تأمین آب گرم
اشاره کرده است.
راهحلی برای مشکل بزرگ مرکزهای داده؟
یکی از بزرگترین تولیدکنندگان گرما در دنیای امروز، مرکزهای داده (Data Centers) هستند. بر اساس گزارش مرکز پژوهشی پیو (Pew Research Center) و دادههای نقشه جامع مرکزهای داده (Data Center Map)، تنها در ایالات متحده بیش از ۴۰۰۰ مرکز داده فعال وجود دارد و این تعداد همچنان در حال افزایش است. این تأسیسات به دلیل رشد انفجاری فناوریهای رایانشی و هوش مصنوعی (Artificial Intelligence)، فشار زیادی بر شبکه برق وارد میکنند.
بازیافت ۹۷ درصد انرژی تلفشده
شرکت ایسلندی Verne Global که بر راهحلهای پایدار برای مرکزهای داده تمرکز دارد، اعلام کرده است که حدود ۹۷ درصد از انرژی الکتریکی مصرفی مرکزهای داده را میتوان بهصورت گرما بازیافت کرد. اگر پمپهای ترموآکوستیک بتوانند این گرمای مازاد را جمعآوری کنند، میتوان از آن برای:
- گرمایش ساختمانهای اطراف
- تأمین آب گرم
- پشتیبانی از فعالیتهای صنعتی
استفاده کرد. این کار همچنین میتواند ردپای کربنی مرکزهای داده را به شکل چشمگیری کاهش دهد.
نگاه به آینده: گرمای خورشیدی تا ۲۰۴۰
با این حال، دستیابی به چنین بازدهی بالایی نیازمند توسعه بیشتر این فناوری در سالهای آینده است. پژوهشگران در مطالعه جدید خود هدفگذاری کردهاند که تا سال ۲۰۴۰ با استفاده از نور خورشید به دمای شگفتانگیز ۲۳۷۲ درجه فارنهایت برسند. هنوز مشخص نیست دانشمندان بتوانند به این هدف برسند یا نه، اما اگر موفق شوند، استفاده هوشمندانه از این گرمای عظیم اهمیت حیاتی خواهد داشت.
در صورت تحقق این چشمانداز، این تقویتکنندههای انقلابی گرما میتوانند همهجا حضور داشته باشند؛ گرمای اضافی صنایع رو به رشد مانند مرکزهای داده را جمعآوری کنند، آن را چند برابر سازند و سپس به مکانهای سرد و نیازمند گرما منتقل کنند—شاید حتی به خانه خود شما در زمستان. این فناوری میتواند گامی بزرگ بهسوی آیندهای پایدارتر و کارآمدتر در تأمین انرژی باشد.
