با توجه به روند روز افزون بهره برداری از منابع تجدیدناپذیر انرژی در سال های اخیر، این منابع رو به پایان است و در نتیجه استفاده از منابع تجدیدپذیر که قابلیت بازگشت مجدد به طبیعت ویژگی منحصربه فرد آن محسوب می شود، به عنوان جایگزینی مناسب برای رفع عطش سیری ناپذیر انسان به انرژی مورد توجه قرار گرفته است.

بسیاری از محققان در سراسر دنیا در تلاشند برای جلوگیری از مواجه شدن با بحران انرژی از منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی استفاده کنند.

نیاز روزافزون به انرژی در دنیایی که زندگی می کنیم، انکارناپذیر است و اگر در این حوزه توجه کافی نشود نه تنها زندگی انسان ها، بلکه زندگی همه موجودات ساکن در این کره خاکی در معرض خطر قرار می گیرد. به همین دلیل تلاش برای دس

تیابی به روش هایی برای دستیابی به منابع پاک و تجدیدپذیر انرژی ضروری است.

نیروگاه های گیاهی

نتایج به دست آمده از سال های طولانی تحقیق و مطالعه نشان می دهد گیاهان یکی از مهم ترین و بهترین گزینه های موجود در سطح زمین برای به دام انداختن انرژی خورشیدی هستند.

از این رو گروهی از محققان در تلاش هستند به راهکارهایی برای شبیه سازی فرآیند فتوسنتز در ابزارهایی مانند برگ های مصنوعی دست یابند.

محققان دانشگاه جورجیا در این زمینه به موفقیت هایی دست یافته اند که می تواند به منزله دستیابی به معنی و مفهوم جدیدی از واژه نیروگاه های گیاهی باشد.

در این فناوری پیش از این که انرژی در فرآیند فتوسنتز مورد استفاده گیاه قرار گیرد، این انرژی به دام انداخته می شود و به این ترتیب می توان از آن برای تامین انرژی مورد نیاز ابزارهای الکترونیکی که به انرژی خیلی زیادی نیاز ندارند، استفاده کرد.

در فرآیند فتوسنتز در نتیجه تجزیه مولکول های آب به اتم های هیدروژن و اکسیژن، انرژی نور خورشید به انرژی شیمیایی تبدیل می شود. در این فرآیند الکترون هایی آزاد می شود.

این الکترون ها در تولید مولکول های قندی که گیاه از آنها به عنوان منبع سوختی برای رشد و تولید مثل استفاده می کند، نقش مهمی دارد.

فناوری ارائه شده توسط این گروه از محققان در فرآیند فتوسنتز وقفه ای ایجاد می کند و پیش از این که الکترون ها از سوی گیاه برای تولید قند مورد استفاده قرار گیرد، فرآیند فتوسنتز قطع شده و مسیرهای حرکت الکترون ها برای تغییر ساختار پروتئین های موجود در تیلاکوئید تغییر پیدا می کند.

تیلاکوئید ها محفظه های متصل به دیواره غشایی هستند که در محل انجام واکنش هایی از فرآیند فتوسنتز که در حضور تابش نور خورشید انجام می شود، قرار داشته و مسئولیت دریافت و ذخیره انرژی نور خورشید را بر عهده دارند.

آن دسته از تیلاکوئید هایی که در ساختار آنها تغییراتی ایجاد شده و به اصطلاح ساختار آنها اصلاح شده است با قرار گرفتن نانو لوله های کربنی در مجاورت آنها بی حرکت شده و به عنوان رساناهای الکتریکی عمل می کنند که می توانند الکترون ها را به دام بیندازند و آنها را امتداد یک سیم حامل جریان الکتریکی به حرکت درآورند.

باغچه را به پریز وصل کن

محققان پیش بینی می کنند در آینده ای نه چندان دور بتوانند از این سیستم برای تامین انرژی مورد نیاز بسیاری از ابزارهای الکترونیکی که مصرف برق بالایی ندارند، استفاده کنند بنابراین دور از انتظار نیست بتوانید در آینده ای نزدیک از درختی که در باغچه حیاط تان است به عنوان یک منبع دائم برای تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز تلویزیونی که در خانه دارید، استفاده کنید.

شاید بتوان گفت این فناوری بهترین منبع انرژی برای حسگرهایی با قابلیت کنترل از راه دور و همچنین ابزارهای الکترونیکی همراه است که در مقایسه به انرژی الکتریکی کمتری نیاز دارند.

اگر بتوانیم از قدرت نفوذ و قابلیت های بی نظیر فناوری هایی مانند مهندسی ژنتیک استفاده کنیم تا عملکرد فرآیند فتوسنتز را در گیاهان ارتقاء دهیم در این شرایط می توان امیدوار بود این فناوری بتواند رقیبی جدی برای صفحات خورشیدی باشد و در آینده ای نزدیک جایگزین آن شود.

در حال حاضر، محققان در تلاش هستند با بهبود ثبات و راندمان این فناوری به مرحله ای برسند که بتوانند نیروگاه های خورشیدی را به تولید انبوه رسانده و به عنوان نسل جدیدی از باتری ها روانه بازار کنند.

اگرچه در حال حاضر بازده الکتریکی این فناوری در حد متوسط است، اما نباید از یاد برد 30 سال گذشته سلول های سوختی هیدروژنی نیز وضع مشابهی داشتند و امروزه فناوری ساخت صفحات خورشیدی به اندازه ای پیشرفت کرده است که می توان از آنها برای تامین انرژی مورد نیاز برای به حرکت درآوردن اتومبیل ها، اتوبوس ها و حتی انرژی مورد نیاز ساختمان های چند طبقه هم استفاده کرد.

ژنراتوری از جنس باکتری

زمین های مرطوب شش درصد از سطح زمین را اشغال می کنند. شاید به نظر برسد این مناطق از جمله قسمت هایی از سطح زمین است که هیچ کاربردی ندارد، اما گروهی از محققان هلندی که در زمینه طراحی و ساخت فناوری سلول های سوختی میکروبی ـ گیاهی تحقیق می کنند به نتایجی جالبی دست یافته اند که نشان می دهد می توانند از زمین های مرطوب به عنوان منبعی مناسب برای دستیابی به انرژی های تجدید پذیر استفاده کنند.

این گروه بر این باورند این فناوری می تواند در مناطقی که به برق دسترسی ندارند منبعی دائم برای دستیابی به انرژی الکتریکی باشد و حتی در ساختمان های چند طبقه نیز می توان با توسعه پشت بام های سبز از این فناوری به عنوان راهکاری برای تامین انرژی مورد نیاز ساکنان استفاده کرد.

برخلاف بیوگاز که در نتیجه فرآیند گوارش در شرایط بی هوازی یا تخمیر زیست توده یا بیومس تولید می شود، فناوری سلول های سوختی میکروبی ـ گیاهی در حالی که گیاه به رشد خود ادامه می دهد، انرژی تولید می کند.

ویژگی مهم این فناوری در این است که در رشد گیاه اختلالی ایجاد نمی کند و در نتیجه نمی تواند تهدیدی علیه محیط زیست باشد.

در این روش از 70 درصد مواد آلی که از طریق فرآیند فتوسنتز در گیاه تولید شده است، استفاده می شود که گیاه نمی تواند از آن استفاده کند و از طریق ریشه های گیاه خارج می شود.

در شرایط طبیعی، باکتری هایی که در مجاورت ریشه گیاهان زندگی می کنند بقایای مواد آلی گیاهی را تجزیه کرده و الکترون ها به عنوان ضایعات فر آیند فتوسنتز در مجاورت ریشه گیاه آزاد می شوند.

اگر بتوان الکترودی را در مجاورت این باکتری ها قرار داد، می توان این الکترون ها را جذب کرده و در نتیجه نیروی الکتریکی تولید کرد.

در این روش به ازای هر متر مربع پوشش گیاهی که سطح زمین را می پوشاند، 0.4 وات انرژی تولید می شود که اگرچه ناچیز است، اما به مراتب بیشتر از مقدار انرژی است که در نتیجه تخمیر زیست توده به دست می آید. به گفته محققان در آینده ای نزدیک می توان سیستم هایی را طراحی کرد که در هر مترمربع پوشش گیاهی 3.2 وات انرژی تولید کند.

با این حساب در پوشش گیاهی که پشت بامی به مساحت یکصد مترمربع را می پوشاند، می تواند انرژی مورد نیاز مصرف برق خانگی را برای مصرف متوسط 2800 کیلووات در ساعت تأمین کند.

در این فناوری می توان از انواع مختلفی از گیاهان مانند چمن که متداول ترین پوشش گیاهی است، استفاده کرد. انرژی تولیدی توسط این روش، جریان برق مستقیم با ولتاژ نسبتا پایین است که می توان به طور مستقیم از آن برای شارژ باتری ها و همچنین روشن کردن چراغ های LED استفاده کرد.