در بسیاری از مکان‌ها ازجمله مترو ژاپن و استادیوم‌های فوتبال مهندسان کف‌های پیزوالکتریک را ایجاد کرده‌اند که از حجم بالای پیاده‌روی برای تولید برق استفاده می‌کنند. با کمی شانس در سال های آینده، پیزوالکتریک به سلاح دیگری تبدیل خواهد شد که می‌توانیم از آن برای کاهش اتکا به سوخت‌های فسیلی و به‌دست آوردن انرژی مورد نیاز خود استفاده کنیم. در ادامه این موضوع را بررسی می‌کنیم.

نیروگاه برقی به بزرگی راه‌های یک کشور

تیمی از پژوهشگران دانشگاه لنکستر در انگلستان درحال مطالعه و کار روی طراحی مواد پیزوالکتریک ویژه‌ای هستند که می‌تواند با آسفالت جاده‌ها مخلوط شده و انرژی اصطکاک و حرکت خودروهایی را که از آن عبور می‌کنند، به الکتریسیته تبدیل کند. سرامیک پیزو الکتریک (piezoelectric ceramics) به طور بالقوه قادر به تولید بیش‌از یک‌میلیون مگاوات انرژی الکتریکی در ساعت از یک جاده با ترافیک عادی است.

منظور از ترافیک عادی، جاده‌ای است که در طول یک ساعت حدود ۲۰۰ تا ۳۰۰ خودرو از آن عبور کند. به‌گفته پژوهشگران انرژی حاصل از تردد خودروها از روی خیابان می‌تواند ذخیره‌شده و برای مصارفی چون روشنایی جاده‌ها و معابر استفاده شود. پرفسور محمد صفی، از پزوهشگران این تیم تحقیقاتی در دانشگاه لنکستر در رابطه با این فناوری می گوید: ما با کمک سرامیک پیزوالکتریک توانستیم فناوری سودمندی طراحی کنیم که از ارتعاش و اصطکاک جاده‌ای بر اثر حرکت خودروها، الکتریسیته تولید کند.

مواد به‌کاررفته در این فناوری باید دارای قدرت و ماندگاری زیادی بوده و تعادل مناسبی بین هزینه تولید آن و میزان تولید انرژی وجود داشته باشد. این میزان از هزینه‌های صرفه‌جویی‌شده می‌تواند در بهبود ساختار جاده‌ها مورداستفاده قرار بگیرد.

پرفسور صفی در این باره معتقد است: سیستم طراحی‌شده ما می‌تواند انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و از این انرژی در بخش روشنایی جاده‌ها، چراغ‌های راهنمایی و یا شارژ خودروهای برقی استفاده شود. از این فناوری همچنین می‌توان در ساخت جاده‌های هوشمند و پایش ترافیک و حمل‌ونقل بهره برد.

گفتنی است در این پروژه مطالعاتی، پژوهشگران دانشگاه لنکستر از همفکری و مساعدت مهندسان و طراحان مختلفی در سراسر اتحادیه اروپا بهره برده و هزینه‌های این پژوهش نیز از سوی اتحادیه اروپا تامین می‌شود.

با به‌کارگیری ژنراتورهای پیزوالکتریک در زیر آسفالت جاده‌ها و باندهای فرود و همچنین ریل‌ها می‌توان از یک نیروگاه برق بزرگ به وسعت کیلومترها راه‌های یک کشور بهره‌برداری کرد. طبق برآوردها با استفاده از پیزوژنراتور به هم پیوسته به طول یک کیلومتر در یک آزاد راه، چهارصد کیلووات برق تولید خواهد شد.

باید در نظر داشت که قطعات پیزوالکتریک هزینه تولید نسبتا بالایی دارند اما در مقایسه با دیگر روش‌های تولید برق به هیچ‌وجه آلودگی محیطی ایجاد نمی‌کنند.

تامین انرژی الکتریکی موردنیاز تجهیزات اطراف جاده با استفاده از سرعت‌گیرها

چندی پیش پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر سرعت‌گیری را به منظور تولید انرژی الکتریکی از چند منبع انرژی تجدیدپذیر به صورت همزمان و با هدف افزایش سطح ایمنی جاده‌ها عرضه کردند که به‌گفته آنها در بدنه این سرعت‌گیر از پنل‌های خورشیدی و صفحات پیزوالکتریک جهت تولید انرژی الکتریکی استفاده شده است.

مجری این طرح با بیان اینکه در زمینه تولید انرژی از زیرساخت‌های حمل‌ونقل در دنیا تحقیقات زیادی انجام نگرفته است، گفت: نیاز است با شناخت چالش‌های موجود در این زمینه، آن‌ها را مرتفع کرد و راهکارهای جدیدی را در حوزه تولید انرژی از زیرساخت‌های حمل‌ونقلی ارائه داد.

امیر کاظمی‌فرد شاخص فعلی ایمنی در ترافیک و سیستم حمل‌ونقل، هزینه‌های مرتبط با تعمیر و نگهداری معابر و روسازی‌ها و مشکلات مرتبط با امر انتقال انرژی الکتریکی جهت استفاده در صنعت حمل‌ونقل را ازجمله چالش‌های موجود در این زمینه دانست و یادآور شد: بر این اساس، طرحی را با عنوان «طراحی و ساخت نسل جدید سرعت‌گیر مولد انرژی هیبرید HEGSB» در دانشکده مهندسی عمران و محیط‌زیست دانشگاه صنعتی امیرکبیر اجرایی کردیم.

وی اضافه کرد: بدنه سرعت‌گیر مولد انرژی هیبرید از جنس پلکسی آکریلیک شفاف ساخته شده که درون آن پنل‌های بزرگ خورشیدی با راندمان بالا قرار داده شده است. علاوه‌بر پنل‌های خورشیدی، به طور هم‌زمان از المان پیزوالکتریک نیز جهت تولید انرژی الکتریکی در سرعت‌گیر بهره بردیم.

مجری طرح، طراحی این سرعت‌گیرها را با هدف کاربرد در نقاط پرخطر و بحرانی جاده به منظور بالابردن سطح ایمنی راه‌ها دانست و یادآور شد: علاوه‌بر موارد ذکر شده، برخی مناطق قابل‌بهره‌برداری از این سرعت‌گیر شامل بنادر، گمرکات، فرودگاه‌ها، مناطق مِه‌آلود و دور از تاسیسات برقی و الکتریکی هستند.

این محقق اضافه کرد: با توجه به چالش‌های موجود، به منظور تامین انرژی الکتریکی از جاده‌ها، افزایش کیفیت روسازی آسفالت با هدف کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری و افزایش شاخص ایمنی ترافیک و حمل‌ونقل با هدف کاهش ریسک هزینه‌ها و خسارات ناشی‌از خطرات بالقوه موجود در شبکه تقاطع‌ها و نقاط پرخطر و بحرانی در این طرح تلاش شد با استفاده ترکیبی از توان بالقوه موجود در انرژی تابشی خورشید و انرژی جنبشی و گرانشی موجود در وسایل نقلیه درحال حرکت برای تولید انرژی از جاده‌ها برای تجهیزات الکتریکی اطراف جاده بهره ببریم.

وی با بیان اینکه این سرعت‌گیر با هدف کاربرد در نقاط پرخطر و بحرانی جاده نظیر ورودی تونل‌ها، پیچ‌های تند در مناطق سردسیر طراحی شده است، اظهار کرد: کاربرد مهم دیگر آن تامین انرژی الکتریکی موردنیاز تجهیزات اطراف جاده مانند افشانه‌های زمستانی یا فعال‌سازی علائم اخباری و هشداری است.