احتمالاً تا حالا براتون پیش اومده که از یخ فقط به‌خاطر سر خوردن و خطر تصادف حرص خورده باشین، نه؟ همه‌مون یخ رو یه جور دردسر زمستونی می‌بینیم؛ چه تو خیابون و چه روی پیاده‌روها. اما یه خبر عجیب و هیجان‌انگیز هست که شاید نظرتون رو کلاً نسبت به یخ عوض کنه!
داستان از اونجا شروع شد که یه تیم دانشمند به رهبری شین ون (Xin Wen) از دانشگاه ژیان جیاتونگ چین (Xi’an Jiatong University)، یه کشف مهم کردن: اونا فهمیدن که یخ می‌تونه وقتی خم بشه، برق تولید کنه! این خاصیت رو بهش میگن “فلکسوالکتریک” (Flexoelectric): یعنی بعضی مواد موقعی که خم میشن یا فشار روشون میاد، شارژ الکتریکی تولید می‌کنن.
البته قبلاً دانشمندها یه ذره برق حاصل از برخورد یا کشش یخچال‌های طبیعی (glaciers) یا ورقه‌های یخ رو دیده بودن، اما تا حالا نتونسته بودن این پدیده رو اون‌قدر قوی و کاربردی کنن که بتونه واقعاً به درد تولید برق بخوره.
اینجا ولی نکته جذاب ماجرا اینه: اگه به یخ نمک اضافه کنین (همون نمک معمولی که همه داریم: NaCl)، معجزه رخ میده! شین ون و تیمش اومدن آب رو با مقادیر مختلف نمک قاطی کردن و فریزش دادن. بعد از اون، باهاش اشکال مختلف یخی ساختن: مثل مخروطی، تیرکی یا حتی تخته‌ای.
تست برق یخ شور
برای این‌که ببینن این یخ شور واقعاً برق تولید می‌کنه یا نه، یه آزمایشی به اسم “تست خم دهی سه نقطه‌ای” انجام دادن (یعنی یخ رو روی دو تا تکیه‌گاه گذاشتن و از بالا روش فشار آوردن تا خم شه). نتیجه واقعاً باحال بود: وقتی یخ شور رو خم کردن، برق تولیدی تا ۱۰۰۰ برابر بیشتر از یخ خالص شد! یعنی تقریباً از چیزی که فقط می‌خوردی تو سر و کله‌ات، می‌تونی یه عالمه برق بگیری!
ولی چرا این اتفاق می‌افته؟ محقق‌ها با عکس‌برداری سطح بالا و یه روشی به اسم طیف‌سنجی رامان (Raman Spectroscopy؛ روشی برای دیدن ساختار شیمیایی و کریستال‌ها)، فهمیدن نمک نمیذاره یخ کاملاً جامد بشه. لابه‌لای ساختار یخ شور یه سری کانال خیلی ریز از آب شور مایع باقی می‌مونه. وقتی فشار میاری و یخ خم میشه، این آب مایع تو این کانال‌ها حرکت می‌کنه. چون آب متحرک می‌تونه بار الکتریکی رو حمل کنه، این جریان باعث تولید برق میشه. دانشمندها به اینجور برق میگن “جریان جاری شونده” یا Streaming Current.
بهتون بگم که الان ۱۰ درصد سطح کل زمین پوشیده از یخه! تصور کنین اگه بتونیم برق این همه یخ رو استخراج کنیم، چه منبع انرژی عظیمی خواهیم داشت. محقق‌ها حتی میگن این پدیده شاید برای قمرهای یخی اطراف سیاره‌های دیگه مثل اروپا (Europa) و انسلادوس (Enceladus) هم اهمیت داشته باشه؛ چون احتمال میدن زیر سطحشون آب مایع باشه و این نوع برق بتونه اونجا هم تولید شه.
یه کم مشکلات هم داره!
البته همه‌چی شیرین نیست! یخ شوری که برق می‌سازه، بعد از چند بار خم و راست شدن ممکنه توان تولیدیش تا ۸۰ درصد کم بشه. بحث “خستگی مکانیکی” هست (Mechanical Fatigue؛ یعنی ماده بعد از چند بار فشار آوردن، خاصیتش رو از دست میده). تازه، بازدهیش هنوز پایین‌تر از وسایلیه که الان با خاصیت پیزوالکتریک (Piezoelectric؛ تولید برق به خاطر فشار مکانیکی در بعضی کریستال‌ها یا سرامیک‌ها) ساخته میشن و بخشی از انرژی تولیدی هم به صورت گرما هدر میره.
ولی باز هم هیجان ماجرا زیاده، مخصوصاً برای مناطق سرد که برق‌رسانی سنتی کلی دردسر داره. مثلاً ممکنه تو قطب، یخچال‌ها یا حتی ساختارهای یخی ساخته شده توسط انسان بتونن الکتریسیته پاک بسازن.
فعلاً دانشمندها دارن تلاش می‌کنن بازده رو ببرن بالا و دوام این یخ‌های برق ساز رو بیشتر کنن، ولی کشفشون یه نگاه جدید به یخ انداخته. از این به بعد که یخ رو داری می‌بینی، شاید با خودت فکر کنی “چه انرژی خفنی اینجا یخ زده!” و خلاصه، یخ فقط یه مزاحم زمستونی نیست، شاید همکار آینده ما برای برق سبز باشه!
این نتایج جالب، تو مجلهٔ معتبر Nature Materials چاپ شده.
منبع: +
