- پژوهشگران دانشگاه کورنل دستگاهی نوآورانه با نام HSD-WE ساخته‌اند که با ابعاد تنها ۱۰×۱۰ سانتی‌متر می‌تواند از انرژی خورشیدی و آب دریا، هم‌زمان هیدروژن سبز و آب آشامیدنی تولید کند. این سیستم با بهره‌گیری از فتیله موئین، گرمای تلف‌شده پنل‌های خورشیدی را برای تبخیر آب دریا به‌کار می‌گیرد، سپس بخار آب را تقطیر و وارد واحد الکترولیز کرده تا با برق تولیدی، آب را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه کند. این فناوری بازده انرژی ۱۲.۶ درصدی دارد و می‌تواند در آینده هزینه تولید هر کیلوگرم هیدروژن را از ۱۰ دلار به ۱ دلار کاهش دهد. کاربرد دیگر این دستگاه، خنک کردن پنل‌های خورشیدی و افزایش بازدهی آن‌هاست. این نوآوری امیدبخش، راه‌حلی پایدار برای مناطق کم‌آب یا فاقد انرژی پاک محسوب می‌شود.
یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشگاه کورنل موفق شده‌اند به یک موفقیت بزرگ در حوزه فناوری‌های پایدار دست یابند: آن‌ها روشی کم‌هزینه برای تولید هیدروژن سبز (بدون کربن) با استفاده از انرژی خورشیدی و آب دریا ابداع کرده‌اند. جالب اینجاست که محصول جانبی این فرآیند، آب آشامیدنی است.
معرفی دستگاه HSD-WE
این گروه تحقیقاتی، دستگاهی به نام HSD-WE (ترکیب تقطیر خورشیدی و الکترولیز آب) را طراحی کرده‌اند که می‌تواند مستقیماً از آب دریا و با کمک نور طبیعی خورشید، در هر ساعت ۲۰۰ میلی‌لیتر گاز هیدروژن تولید کند. این دستگاه با بازده انرژی ۱۲.۶ درصد کار می‌کند. دانشمندان تخمین می‌زنند که این فناوری در طی ۱۵ سال آینده بتواند هزینه تولید هیدروژن سبز را به تنها ۱ دلار برای هر کیلوگرم کاهش دهد — گامی مهم در راستای دستیابی به هدف جهانی کربن خنثی تا سال ۲۰۵۰.
چالش آب و انرژی
به گفته‌ی دکتر لنن ژانگ، استادیار دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه کورنل:
«آب و انرژی هر دو برای زندگی روزمره حیاتی هستند. اما معمولاً اگر بخواهید انرژی بیشتری تولید کنید، باید آب بیشتری مصرف کنید. از طرفی ما به آب آشامیدنی نیاز داریم، چون دو سوم جمعیت جهان با کمبود آب روبه‌رو هستند. بنابراین تولید هیدروژن سبز با محدودیت روبه‌رو است و این در هزینه نهایی منعکس می‌شود.»
هیدروژن سبز معمولاً از آب خالص (دی‌یونیزه) و با صرف برق زیاد تولید می‌شود — و همین باعث شده هزینه تولید آن حدود ۱۰ برابر بیشتر از هیدروژن معمولی باشد.
ایده‌ای بر اساس منابع بی‌پایان
ژانگ می‌گوید:
«به همین دلیل ما این فناوری را ارائه دادیم. فکر کردیم: منابع بی‌پایان زمین چیست؟ نور خورشید و آب دریا — منابعی که هم فراوان‌اند و هم رایگان.»
ژانگ از زمانی که پژوهشگر MIT بود، روی تبدیل آب دریا به آب آشامیدنی با استفاده از تقطیر حرارتی خورشیدی کار می‌کرد — پژوهشی که در سال ۲۰۲۳ در فهرست “بهترین اختراعات سال” مجله Time قرار گرفت. او پس از پیوستن به دانشگاه کورنل و با حمایت بنیاد ملی علوم آمریکا، کار روی گسترش این فناوری را آغاز کرد تا هم‌زمان آب آشامیدنی و هیدروژن سبز تولید شود.
بهره‌برداری از گرمای تلف‌شده خورشید
بیشتر سلول‌های خورشیدی تنها تا حدود ۳۰٪ انرژی خورشید را به برق تبدیل می‌کنند و باقی آن به‌صورت گرما از بین می‌رود. اما این تیم تحقیقاتی موفق شده از این گرمای تلف‌شده نیز استفاده کند. نور کوتاه‌موج باعث تولید برق و نور بلندموج باعث گرم‌شدن آب دریا و تبخیر آن می‌شود.
نقش فتیله موئین و فرآیند تقطیر
در این فناوری، عنصری به نام فتیله موئین (Capillary Wick) استفاده شده که یک لایه نازک از آب دریا را روی سطح پنل خورشیدی نگه می‌دارد. تنها این لایه نازک گرم می‌شود (نه کل حجم آب)، که باعث می‌شود بازده تبخیر به بیش از ۹۰٪ برسد.
آب پس از تبخیر، نمک آن جدا شده و بخار آب به شکل آب خالص تقطیر می‌شود. سپس این آب وارد الکترولایزر شده و با برق تولیدی پنل به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شود.
طراحی پیچیده و یکپارچه
ژانگ در مورد پیچیدگی طراحی می‌گوید:
«این یک فناوری کاملاً یکپارچه است؛ چون تقطیر و الکترولیز، الکترولیز و پنل خورشیدی، و همه این عناصر از نظر حرارتی، الکتریکی و شیمیایی به‌هم مرتبط هستند. برای اولین‌بار توانستیم آبی کافی برای تولید هیدروژن فراهم کنیم — و حتی آب اضافی برای آشامیدن هم داریم. یعنی با یک تیر، دو نشان.»
آینده این فناوری
در حال حاضر هزینه تولید هیدروژن سبز حدود ۱۰ دلار برای هر کیلوگرم است، اما ژانگ معتقد است که با کمک منابعی چون خورشید و آب دریا، این رقم می‌تواند تا ۱ دلار کاهش یابد. از دیگر مزایای این سیستم، خنک‌کردن پنل‌های خورشیدی است؛ زیرا گرمای اضافی جذب و برای تقطیر استفاده می‌شود — که باعث افزایش بازدهی و عمر پنل‌ها نیز خواهد شد.
«ما می‌خواهیم از آلودگی کربنی و هزینه بالا جلوگیری کنیم. اگر بتوانیم هزینه را کاهش دهیم، احتمال استفاده گسترده از این فناوری بیشتر خواهد شد.»
