توليد برق از يخ‌هاي اقيانوس
نه‌تنها تمام يخ‌هاي زمين منبع بالقوه‌اي براي توليد انرژي هستند، بلكه بهره‌برداري از الكتريسيته در سياره‌ها و قمرهاي يخي مي‌تواند به كشفيات تازه‌اي منجر شود.
تعادل|
نه‌تنها تمام يخ‌هاي زمين منبع بالقوه‌اي براي توليد انرژي هستند، بلكه بهره‌برداري از الكتريسيته در سياره‌ها و قمرهاي يخي مي‌تواند به كشفيات تازه‌اي منجر شود. شايد اغلب ما فكر كنيم كه يخ، فقط براي خنك كردن نوشيدني‌ها در تابستان، سر برآوردن باشكوه از دل اقيانوس‌ها در قالب يخچال‌هاي طبيعي يا در نهايت ليز كردن جاده‌ها در زمستان كاربرد دارد. اما واقعيت چيز ديگري است. يخ، برخلاف ظاهر سرد و بي‌جانش، رازهاي پرقدرتي در خود پنهان كرده است.
يخي با قدرت پنهان
اخيراً گروهي از پژوهشگران كشف كرده‌اند كه يخ خاصيتي به نام انعطاف الكتريكي (Flexoelectricity) دارد؛ به اين معنا كه در واكنش به فشارهاي مكانيكي ناشي از خم شدن و تغيير شكل‌هاي مشابه مثل پيچش، برق توليد مي‌كند. اين ويژگي با مواد پيزوالكتريك (مثل كوارتز) كه تحت‌فشار، بار الكتريكي ذخيره مي‌كنند، متفاوت است. البته يك قالب يخ مكعبي در فريزر خانه شما خم نمي‌شود! اما اگر يخ را در ورقه‌هاي بسيار نازك تصور كنيم، اين امكان وجود دارد كه با تغيير شكل، بار الكتريكي توليد كند. درست همين جاست كه پاي علم و فناوري‌هاي آينده به ماجرا باز مي‌شود.
ارتباط عجيب يخ با صاعقه
اين تحقيق به رهبري شين ون، فيزيكدان دانشگاه شي‌آن جياتونگ چين انجام شده است. تيم او آزمايش‌ها را با يخ شور نيز تكرار كرد و متوجه شد كه يخ شور نه‌تنها توان توليد بار الكتريكي دارد، بلكه مي‌تواند برقي هزار برابر قوي‌تر از يخ خالص ايجاد كند. پيش‌تر دانشمندان مي‌دانستند كه برخورد يخچال‌ها يا ترك برداشتن صفحات يخي به دليل فشارهاي عظيم، مي‌تواند برق توليد كند. اما اينكه خود يخ به‌صورت ذاتي اين خاصيت را داشته باشد، تازگي دارد. شبيه‌سازي‌هاي آزمايشگاهي نشان داد كه هنگام برخورد ذرات يخ كوچك با ذرات بزرگ‌تر در درون ابرهاي تندري، بار الكتريكي ايجاد مي‌شود. اين پديده شباهت زيادي به رخدادهاي طبيعي دارد و مي‌تواند توضيحي براي نقش يخ در شكل‌گيري صاعقه باشد. به بيان ساده، ممكن است همان ذرات يخي كه درون ابرها مي‌چرخند، نقشي اساسي در بروز يكي از هيجان‌انگيزترين نمايش‌هاي طبيعت، يعني رعد و برق، داشته باشند.
نمك؛ كليد تقويت برق يخي
شايد با شنيدن نام نمك، بيشتر ما به سفره غذا يا درياچه‌هاي شور فكر كنيم. اما همين ماده ساده، توان يخ را چندين برابر مي‌كند. پژوهشگران دريافتند كه با افزودن نمك به آب و سپس يخ‌زدن آن، مقدار برق توليدي هنگام خم شدن يخ به‌طرز چشمگيري افزايش مي‌يابد. در واقع، در يخي كه ۲۵ درصد آن از نمك تشكيل شده است، قدرت توليد برق هزار برابر بيشتر از يخ خالص و يك ميليون برابر قوي‌تر از نمك تنها بود. دليل آنكه يخ شور چنين نيروي عظيمي توليد مي‌كند اين است كه مولكول‌هاي آب، مولكول‌هاي نمك و يون‌ها از سمت فشرده‌شده به سمت كشيده شده ورقه يخ به جريان درمي‌آيند و از آنجا كه يخ ماده چند بلوري متشكل از انواع مختلف كريستال‌هاست، يون‌ها مي‌توانند از فضاهاي ميان كريستال‌ها عبور كنند. در سطح تماس يخ و لايه نازك آب ذوب‌شده روي آن، مقادير نامتعادلي از يون‌هاي مثبت و منفي تجمع مي‌كنند. همين جريان مولكول‌ها و يون‌ها، بار خالص ايجاد شده و به يك جريان روان الكتريكي تبديل مي‌شود.
توليد برق از يخچال‌هاي طبيعي
حال تصور كنيد همين فرآيند در مقياس بزرگ‌تري رخ دهد. كره زمين حدود يك‌دهم سطحش را با يخ پوشانده و بخش زيادي از آن يخ شور است. زير صفحات يخي و يخچال‌هاي طبيعي، آب‌هاي ذوب‌شده‌اي جريان دارند كه سرشار از يون هستند. اگر اين پديده در آن محيط‌ها به كار گرفته شود، ما به يك منبع تازه و پايدار از انرژي دست پيدا مي‌كنيم. اين موضوع مي‌تواند انقلابي در حوزه انرژي‌هاي تجديدپذير به وجود آورد. درست همانطور كه امروز از باد و خورشيد براي توليد برق استفاده مي‌كنيم، شايد روزي بتوانيم از قدرت يخ‌ها نيز براي توليد انرژي بهره ببريم.
اين پديده كه انعطاف الكتريسيته جرياني نام دارد، انقلابي در بهره‌برداري از انرژي آب ايجاد خواهد كرد؛ به‌ويژه با در نظر داشتن اين نكته كه حدود يك‌دهم كره زمين زير پوششي از يخ قرار دارد كه بخش بزرگي از آن يخ شور است. آب‌هاي ذوب‌شده زير يخچال‌ها و صفحات يخي هم سرشار از يون هستند و جريان و تخليه آنها، برق توليد مي‌كند.
اين احتمالاً به معناي دستيابي به منبعي پايدار از انرژي خواهد بود و شايد حتي در آينده كاربردهاي بيشتري نيز داشته باشند. پژوهشگران درعين‌حال در اين باره نوشتند: «انعطاف الكتريسيته بالاي يخ شور، چشم‌انداز استفاده از نيروي يخ را يك گام به واقعيت نزديك‌تر مي‌كند و درعين‌حال ممكن است با فعاليت‌هاي الكتريكي در نواحي پوشيده از يخ روي زمين و جهان‌هاي اقيانوسي يخ‌پوش از جمله اروپا يا انسلادوس مرتبط باشد. »
يخ برروي اروپا، قمر سياره مشتري
حتي ممكن است انرژي الكتريكي حاصل از يخ، همان منبع تأمين انرژي‌اي باشد كه شيمي پيشازيستي (يعني تشكيل پيش‌سازهاي حيات) روي اروپا (از اقمار مشتري) را تغذيه مي‌كند. پوسته يخي اين قمر بر فراز اقيانوس شور زيرينش، يكي از محتمل‌ترين مكان‌ها براي شكل‌گيري و حتي شكوفايي حيات فرازميني، شناخته مي‌شود.
چشم‌انداز علمي و فناوري
اگر دانشمندان بتوانند فناوري‌هاي لازم براي استفاده از اين پديده را توسعه دهند، چند كاربرد مهم قابل تصور است:
نيروگاه‌هاي يخي: استفاده از يخچال‌هاي طبيعي به عنوان منابع انرژي پاك.
حسگرهاي فوق‌حساس: يخ و كريستال‌هاي مشابه آن مي‌توانند در ساخت حسگرهاي زيستي يا محيطي كاربرد داشته باشند.
نانوفناوري: در مقياس بسيار كوچك، ورقه‌هاي يخي مي‌توانند در مدارها يا دستگاه‌هاي پزشكي به كار روند.
انرژي در فضا: جايي كه سوخت‌رساني دشوار است، شايد بتوان از يخ قمرها براي تأمين انرژي فضاپيماها استفاده كرد.
يخ در جهان‌هاي ديگر
شايد هيجان‌انگيزترين بخش ماجرا، كاربردهاي فرازميني آن باشد. بسياري از قمرها و سياره‌هاي منظومه شمسي پوشيده از يخ‌اند. از جمله اروپا (قمر مشتري) و انسلادوس (قمر زحل) . پوسته يخي اروپا بر فراز اقيانوسي شور قرار دارد. برخي دانشمندان معتقدند كه آن اقيانوس مي‌تواند محل شكل‌گيري يا حتي شكوفايي حيات باشد. اگر خاصيت انعطاف الكتريكي يخ در آنجا فعال باشد، مي‌تواند منبعي براي تأمين انرژي واكنش‌هاي شيميايي پيش‌زيستي باشد. به بيان ديگر، همين خاصيت ساده يخ ممكن است نقش كليدي در يكي از بزرگ‌ترين پرسش‌هاي بشر يعني آيا ما در جهان تنها هستيم؟ ايفا كند.
نگاه اقتصادي و زيست‌محيطي
در شرايطي كه جهان با بحران انرژي و تغييرات اقليمي دست‌وپنجه نرم مي‌كند، هر منبع تازه‌اي از انرژي پاك اهميت دارد. استفاده از يخ به عنوان يك منبع انرژي، در صورت امكان‌پذير بودن از نظر فناوري، مي‌تواند پيامدهاي مثبت زير را داشته باشد:
كاهش وابستگي به سوخت‌هاي فسيلي
ايجاد گزينه‌اي پايدار در كنار انرژي خورشيدي و بادي
كمك به مناطق قطبي يا يخي براي توليد انرژي محلي
كاهش توليد گازهاي گلخانه‌اي
البته، چالش‌هاي زيادي نيز وجود دارد:
استخراج انرژي از يخ بدون آسيب به محيط زيست قطبي
هزينه‌هاي بالاي فناوري‌هاي نوين
تغييرات اقليمي كه باعث ذوب سريع يخ‌ها مي‌شود و پيش‌بيني‌ها را دشوار مي‌كند
توليد برق از يخ شبيه داستان‌هاي علمي - تخيلي
شايد امروز ايده توليد برق از يخ شبيه داستان‌هاي علمي‌تخيلي به نظر برسد. اما تاريخ علم نشان داده است كه بسياري از چيزهايي كه زماني رويا بودند، امروز واقعيت روزمره ما شده‌اند؛ از پرواز با هواپيما گرفته تا ارتباطات ماهواره‌اي. پژوهشگران اميدوارند در آينده بتوانند مدل‌هاي آزمايشگاهي كوچك‌تر و كارآمدتر بسازند و سپس به سمت كاربردهاي واقعي بروند. شايد نخستين كاربرد عملي آن، حسگرهاي علمي در مناطق قطبي يا ماموريت‌هاي فضايي باشد.
نيرويي از جنس الكتريسيته
يخ، اين ماده ساده و آشنا، آنقدرها هم بي‌جان و بي‌ارزش نيست. پشت ظاهر سرد و شفافش، نيرويي پنهان از جنس الكتريسيته نهفته است. اگر علم و فناوري بتوانند اين نيرو را مهار كنند، ما با دريچه‌اي تازه به سوي انرژي پاك، درك بهتر طبيعت و حتي جست‌وجوي حيات فرازميني روبرو خواهيم شد. شايد روزي برسد كه به‌جاي نيروگاه‌هاي عظيم زغال‌سنگي يا حتي مزارع خورشيدي، بخشي از برق مورد نياز بشر از همان چيزي به دست بيايد كه امروز صرفاً براي خنك كردن نوشيدني‌هايمان استفاده مي‌كنيم: يخ.
