ژاپن چگونه از برف به تولید برق رسید؟

محققان ژاپنی ساکن شهر آئوموری، به‌منظور تامین انرژی پایدار و رفع کمبودهای احتمالی، مطالعه بر روی روشی نوین برای تولید برق از برف را آغاز کرده‌اند. آئوموری شهری زیبا واقع در ژاپن است که در ۷۱۵ کیلومتری شمال توکیو قرار دارد. علاوه بر جنگل‌های چشم‌نواز کاج، این شهر به‌لطف بارش سالانه ۷ تا ۸ متری، یکی از پربرف‌ترین مناطق روی زمین محسوب می‌شود.

سال گذشته نیز مطابق معمول، برف گسترده‌ای این شهر را فرا گرفته بود که باعث شد مقامات محلی، هزینه هنگفت ۴۶ میلیون دلاری را صرف اقدامات ایمنی و حذف آن از سطح جاده‌ها و ساختمان‌ها کنند. ژاپنی‌ها برای رهایی از حجم گسترده برف، آنها را جمع‌آوری و سپس به دریا منتقل می‌کنند. این فرآیند اگرچه در نگاه اول ساده به‌نظر می‌رسد، اما زمان، منابع و هزینه زیادی را صرف می‌کند.

بدین منظور، اکنون گروهی از محققان یک استارتاپ در زمینه فناوری اطلاعات به‌نام فورته طی همکاری با دانشگاه ارتباطات الکترونی توکیو، راه‌حل جالبی را برای مشکل انباشت برف ارائه کرده‌اند. ایده آنها، استفاده از ذخایر برف اضافی شهر آئوموری برای تولید برق پاک و مقرون به‌صرفه است. به‌گزارش ژاپن تایمز، دانشمندان پیشتر آزمایش تولید برق از برف را در استخر یک ساختمان متروکه با موفقیت اجرایی کرده‌اند.

آنها هم‌چنین بر این باورند که رویکرد جدید می‌تواند برای بسیاری از کشورهای اروپایی که در بحبوحه جنگ روسیه و اوکراین، با بحران انرژی مواجه هستند، موثر باشد. در این کشورها نیز با وجود ذخایر مناسب برف، امکان تولید انرژی پاک عملی است.

چگونه از برف می‌توان به تولید برق رسید؟

دانشمندان ژاپنی در طول مطالعه خود از مقادیر زیادی برف و هوای آزاد برای تامین انرژی توربین‌های تولید برق، استفاده می‌کنند. بدیهی است که هوای بیرون در مقایسه با هوای اطراف برف، به‌دلیل دریافت گرما از خورشید، از دمای بالاتری برخوردار است.

محققان از لوله‌های حرارتی برای تامین هوای سرد (از برف ذخیره شده) و هوای گرم (از فضای بیرون) بهره می‌برند. بدین ترتیب، اختلاف دما بین هوای سرد و گرم باعث ایجاد جریان همرفت در مایع خنک‌کننده توربین می‌شود که در نهایت چرخش توربین و تولید برق را به‌همراه خواهد داشت.

به‌نقل از نویسندگان این مقاله، تولید برق از برف به این روش می‌تواند بازدهی مشابهی با نیروگاه انرژی خورشیدی داشته باشد و احتمالا روشی بسیار مقرون به‌صرفه خواهد بود. یکی از عوامل تعیین‌کننده در راندمان این سیستم، فاکتور اختلاف دما است. کوجی انوکی، از محققان این مطالعه گفت: هرچه اختلاف دما بیش‌تر باشد، بازده تولید برق نیز افزایش خواهد یافت.

این اولین بار نیست که دانشمندان شانس خود را برای تولید برق از برف امتحان می‌کنند. در سال ۲۰۱۹، گروهی از محققان دانشگاه کالیفرنیا نیز دستگاهی را توسعه دادند که می‌توانست از بارش برف، الکتریسیته تولید کند. البته این نمونه تنها قادر به تامین انرژی دستگاه‌های کوچک بود و کاربرد محدودی داشت. بااین‌حال، هیچ‌یک از راه‌حل‌های پیشین در حد و اندازه آنچه محققان ژاپنی ارائه کرده‌اند، نمی‌توانند در مقیاس وسیع از برف، برق تولید کنند.

چالش‌های پیش‌ رو

برخلاف سایر روش‌های تولید انرژی تجدیدپذیر، تولید برق از این طریق، با چالش‌های بزرگی همراه است. به‌عنوان مثال، برای مقیاس‌پذیر کردن این فرآیند، به امکانات ذخیره‌سازی حجم بزرگی از برف نیاز است. علاوه بر این، اطمینان از تامین مداوم هوای گرم در مناطق برفی نیز می‌تواند برای شرکت‌های اداره‌کننده نیروگاه‌های انرژی برفی، دردسرساز شود.

محققان ژاپنی، مطالعه خود را در شهر آئوموری تا ماه مارس ادامه خواهند داد تا امکان‌سنجی روش پیشنهادی خود را آزمایش کنند. در همین حال، آنها به‌دنبال یافتن راه‌هایی برای مهار دمای بالای چشمه‌های آب گرم به‌منظور ارتقای سیستم خود و غلبه بر سایر محدودیت‌های پیش رو خواهند بود. بدون شک در صورت موفقیت این روش پاک، تولید برق از برف می‌تواند در مناطق سردسیر جهان، موجب انقلابی جدید در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر شود.