שפופרות זעירות “סוחטות” חשמל ממים (עדכון)

דיקלה אורן (תרגום)

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/waterelectrtc.html

שפופרות זעירות “סוחטות” חשמל ממים

פורסם לראשונה באתר הידען 21/10/03
נתגלתה דרך חדשה לחלוטין לייצור חשמל. הדרך החדשה מאוד פשוטה: כל מה שיש לעשות הוא לדחוס מים דרך צינורות קטנים וזרם חשמלי יזרום.

אם יהיה ניתן להגביר את הפלט, אומר לארי פוסטויק מאוניברסיטת אלברטה באדמונטון, קנדה, יהיה ניתן בעתיד להשתמש בלחץ המים הגבוה להפעלת מכשירים קטנים כגון טלפונים ניידים ומחשבונים.

משתמשים בטורבינות באופן שיגרתי להמרת האנרגיה של מים זורמים לחשמל, אך אלה משתמשות בתנועת המים להנעת דינמו. המכשיר החדש ממיר את תנועת המים ישירות לחשמל.

פיסיקאים ידעו זה מכבר על תופעה חשמלית שמקשה על דחיסת מים דרך ערוצים צרים. פני השטח של קירות הערוץ נטענים במטען חשמלי, אם כי נדבקים אליהם יונים או אם כי חלק מחומר המשטח מתמוסס במים. טעינת המשטח יוצרת שדה חשמלי, שמעכב את זרימתם של יונים טעונים דרך הערוץ.

לדוגמא, כשקירות הערוץ טעונים שלילית, הם מושכים יונים חיוביים, שמאטים את זרימתם. אז יונים שליליים נדחפים למרכז הזרם, שם הם נעים במהירות גבוהה יותר. משמעות הדבר היא שמטען שלילי מתחזק בקצה אחד של הזרם, ומטען חיובי מתחזק בקצה השני. הדבר מקשה יותר ויותר על מעבר המים בערוץ.

זווית שונה

לעובדה זו יוחס אופי של בעיה, אך כשקוסטויק, מהנדס במקצועו, למד את התופעה מחברו לעבודה דניאל קווק, הוא ראה את הפוטנציאל שטמון בה. “עם הרקע שלי בהנעה היו לי דרכים משלי להסתכל על התופעה” הוא אמר לnew scientist. חיבור שני הקצוות של הערוץ בתיל מוליך, הוא הבין, יעניק למטען החשמלי העודף מסלול בריחה ויפיק זרם.

כדי לבחון את הרעיון קוסטויק וצוותו שאבו מי ברז רגילים דרך חתיכת זכוכית מנוקבת בחצי מיליון חורים, כל אחד מהם ברוחב של כמאית מילימטר. כשאלקטרודה חוברה לכל קצה נמדד זרם של כמה מיקרו אמפר.

כדי להגביר את הזרם יהיה עליהם להגביר את יעילות המתקן. נכון לעכשיו, אומר קוסטויק, “המצב די מעורר רחמים – חלקיק האחוז”.

דרך נוספת למצות יותר זרם היא להעלות את מספר הערוצים. מהבחינה הזאת, הטבע יכול להציע כמה מקורות כוח טובים. היכן שמים זורמים דרך סלע נקבובי לדוגמא, הם עוברים דרך ערוצים זעירים רבים. קוסטויק מציע שאלקטרודות קבורות באדמה יכולות לנקז את הזרם שהתופעה יוצרת.

הרעיון מצוין, אבל כמות החשמל מזערית

מאת אוריאל בריזון
27/10/2003
באמצעות העברת מים בצינוריות דקות מאוד אפשר לייצר מעט חשמל

לראשונה זה 160 שנה התגלתה שיטה חדשה לייצור חשמל – כך טוענים מדענים מאוניברסיטת אלברטה בקנדה. המדענים הזרימו מי ברז רגילים דרך צינוריות מיקרוסקופיות. הודות לתופעה פיסיקלית מוכרת הקשורה לדינמיקה של נוזלים הנעים במרווחים צרים מאוד, גרמה זרימת המים ליצירת זרם חשמלי. המדענים הקנדים הם הראשונים שהעלו את האפשרות לעשות שימוש בתופעה זו כדי לייצר חשמל.

אף שהמדענים הצליחו להגדיל את כמות הזרם החשמלי שנוצר בשיטה החדשה באמצעות הגברת לחץ המים והזרמתם דרך אלפי צינוריות בו בזמן, השיטה מאפשרת לייצר כמות קטנה מאוד של חשמל. זהו כמובן חסרונה הבולט. מנגד, יתרונה הגדול הוא שהיא אינה גורמת לזיהום סביבתי. לטכנולוגיה החדשה עשויים להיות יישומים מסחריים בתחום “האנרגיה הירוקה”, וייתכן שאפשר יהיה ליישמה גם במכשירים בעלי צריכת חשמל נמוכה כמו מחשבונים וטלפונים ניידים.

בניסוי, שעליו דיווחו המדענים בשבוע שעבר בכתב העת and
, Microengineering” “Journal of Micromechanics הוזרמו מים דרך מכלול של צינוריות בתוך לוח זכוכית. קוטרה של כל צינורית היה כמאית המילימטר.

פיסיקאים מכירים זה כבר תופעה המקשה על מעבר מים דרך מרווחים צרים מאוד. כשמים זורמים דרך צינורית דקה, נטענות הדפנות הפנימיות של הצינורית במטען חשמלי, שמקורו בהתמוססות מזערית של דפנות הצינורית או במשקע של יונים (אטומים בעלי מטען) שמשאירים המים על הדפנות. טעינת הדפנות יוצרת שדה חשמלי לאורך הצינורית, והשדה מפעיל כוח על יונים חופשיים הנמצאים באופן טבעי במים. כוח זה, הפועל בין דפנות הצינורית והיונים הנמצאים במים, מעכב את הזרימה דרך הצינורית.

מדענים התייחסו אל התופעה כבעיה, אך כאשר פרופ' דניאל קווק, מומחה להנדסת חומרים מאוניברסיטת אלברטה, הציג אותה לפרופ' לארי קוסטיוק, מהנדס וחוקר באוניברסיטה, העלה קוסטיוק את הרעיון להשתמש בתופעה לייצור חשמל. קוסטיוק הבין שחיבור של תיל מוליך לשני הקצוות של הצינורית יאפשר למטען החשמלי בתוכה להשתחרר. קווק וקוסטיוק החליטו לערוך את הניסוי כדי לבדוק את ההשערה, ובניסוי התברר שהאפקט המקשה על זרימת המים אכן מייצר מתח חשמלי בין קצוות הצינורית. חלק מאנרגיית התנועה של המים בצינורית מומר לאנרגיה חשמלית, שבה ניתן לעשות שימוש.

מים נמצאים בבסיסם של רוב תהליכי ייצור החשמל המסחריים הפועלים כיום בעולם. תחנות כוח רגילות, כמו אלה שמספקות את החשמל בישראל, פועלות באמצעות שריפת פחם או דיזל. שריפת חומר הבעירה גורמת לחימום מים והפיכתם לקיטור, הקיטור מניע טורבינה וזו מסובבת גנרטור המייצר זרם חשמלי. גם בתחנות חשמל מסוגים אחרים התהליך דומה. בתחנות גרעיניות מחוממים המים על ידי ליבה גרעינית, ובתחנות הידרואלקטריות, הממוקמות על נהרות או גופי מים גדולים, מונעים המים באופן טבעי על ידי הפרשי גבהים.

בשיטת ייצור החשמל של קוסטיוק וקווק, המים אינם אמצעי להעברת האנרגיה אלא המקור המיידי למתח החשמלי שנוצר. לפיכך, אין צורך בסיבוב של גנרטור. עובדה זו היא בעלת חשיבות, מכיוון שהיא מאפשרת להקטין את מספר החלקים המכניים במנגנון ייצור החשמל, דבר המצמצם את העלויות ואת שכיחותן של תקלות.

אף שהשיטה החדשה מייצרת כמויות קטנות מאוד של חשמל, ייתכן שאפשר יהיה לשלב יישום המבוסס עליה ברשת החשמל המסחרית. לדברי קוסטיוק, ייתכן שאפשר יהיה להשתמש במכלולים גדולים של צינוריות, שיוצבו בתוך נהרות, נחלים או מאגרי מים עירוניים. רעיון אחר שהוא מעלה הוא להחדיר גופים מוליכים לתוך שכבות סלע תת-קרקעיות שהן בעלות מבנה חרירי, כלומר, שהמים נעים בהן במרווחים צרים. יישומים אחרים שנבדקים כעת הם ייצור של “סוללת מים”, שתוכל לשמש במגוון של מוצרים חשמליים בעלי צריכה נמוכה.

לדברי קוסטיוק, איש לא חשב על האפשרות לייצר חשמל בצורה זו. “בפעם האחרונה שמישהו גילה שיטה חדשה לייצור חשמל”, הוא אמר, “היה זה מייקל פראדיי ב-.1839 זו הסיבה שאנחנו כל כך מתרגשים מהגילוי. זו הפעם הראשונה זה כ-160 שנה שנמצאה דרך חדשה לייצר חשמל”.

לידיעה בניו סיינטיסטס
ידען האלף השלישי
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~662779866~~~170&SiteName=hayadan