سرما از دل آتش

ماهیگیرانی که در دهکده مارواتا (Maruata) واقع در ساحل مکزیکی اقیانوس آرام و در جوار خط استوا زندگی می‌کنند هیچ وقت دچار برق گرفتگی نمی‌شوند. در واقع در این دهکده اساسا برقی وجود ندارد که کسی را بگیرد. اما این ماهیگیران در ۱۶ سال گذشته برای تهیه یخ مورد نیاز انبار کردن ماهی‌های‌شان هیچ وقت به دردسر نیفتادند؛ هفت دستگاه یخ‌‌ساز بزرگ که به هیچ چیز جز آفتاب سوزان این منطقه استوایی نیاز ندارند، در این ۱۶ سال بی‌وقفه روزانه نیم تن یخ تولید کرده‌اند. تولید و انتشار گازهای گلخانه‌ای مدتی است که به موضوعی بحرانی تبدیل شده است. در سال‌های اخیر تلاش جهانی و گسترده‌ای برای کاهش تولید دی‌اکسید کربن به راه افتاده است. اما همایش‌ها، تحقیقات و پیمان‌های بین‌المللی متعدد در این رابطه هنوز نتوانستند به موفقیت چشمگیری دست یابند. به نظر می‌رسد ماهیگیران دهکده مارواتا دست‌کم در این یک مورد از تمام تلاش‌های جهانی جلوتر و موفق‌ترند. دی‌اکسید کربن ناشی از تامین برق مورد نیاز یخچال‌ها در ایالات متحده سالانه به ۱۰۲ میلیون تن می‌رسد. این در حالی است که یخچال‌های خورشیدی علاوه بر عدم‌تولید گازهای گلخانه‌ای و برداشتن بار بسیار سنگینی از دوش شبکه برق سراسری، در مقایسه با یخچال‌های برقی ارزان‌تر نیز هستند. دو گروه از پرمصرف‌ترین وسایل برقی، دستگاه‌های گرمایشی و سرمایشی‌اند اما همیشه اوج مصرف در فصول سرد سال رخ می‌دهد.
در واقع برای تولید گرما راه‌های ارزان‌تر و پاک‌‌تری نیز وجود دارد اما برای تولید سرما به‌نظر می‌رسد چاره‌ای جز استفاده از برق نباشد. برای مثال در آمریکا، اوج مصرف برق در تابستان از ۵/۱ برابر کل ظرفیت تولیدی نیروگاه‌های ذغال‌سنگی غرب رودخانه میسی‌سیپی نیز بیشتر است. اما اگر بخواهیم این مقدار انرژی را از منبع خورشید تامین کنیم، هرگز با چنین محدودیت‌هایی مواجه نمی‌شویم. بر اساس آمارهای منتشر شده از سوی «آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر» و «اداره کل اطلاعات انرژی» وزارت انرژی آمریکا، کل برق سالانه مورد نیاز یک خانوار آمریکایی برابر است با انرژی خورشیدی تابیده شده به سطحی معادل پنج متر مربع. تولید سرما از گرما، آسان‌تر از آن است که به نظر می‌رسد. سال گذشته گروهی از دانشجوهای دانشگاه سن‌خوزه ماشین یخ‌ساز خورشیدی‌ای ساختند که کل هزینه‌های آن با درنظر گرفتن قیمت یک صفحه بازتاب فلزی به ابعاد ۲/۱ در ۴/۲ متر، به ۱۰۰ دلار می‌رسد. این یخچال که نه به قطعات متحرک نیاز دارد و نه به الکتریسیته، کافی است تنها چند ساعت در برابر تابش خورشید قرار بگیرد تا یک کیسه بزرگ یخ بسازد. در واقع نکته کلیدی این کار در انرژی مبادله شده به هنگام تبدیل مایعات به بخار و برعکس نهفته است، همان فرایندی که باعث خنک شدن بدن موقع عرق کردن می‌شود. در متداول‌ترین روش یعنی همان روشی که در یخچال‌های خانگی نیز به کار می‌رود، با استفاده از موتور الکتریکی یک ماده خنک کننده برای مثال گاز «فرئون» (Freon) متراکم و به مایع تبدیل می‌شود. زمانی که فشار تولید شده توسط کمپرسور از بین برود، مایع تبخیر می‌شود که این فرایند گرماگیر گرمای مورد نیازش را از محیط خواهد گرفت و به این ترتیب دمای محیط کاهش می‌یابد.
اما در دیگر ماشین‌های سرمایشی مثل چیلرهای جذبی که طرز کارشان مثل یخچال‌های خورشیدی است، به جای استفاده از کمپرسور برای تبدیل ماده خنک کننده از حالت گاز به مایع، از منبع حرارتی استفاده می‌شود. مخلوط آب با برمید لیتیوم یا آمونیاک، دوتا از رایج‌ترین ترکیباتی هستند که به عنوان ماده خنک‌کننده در این نوع ماشین‌های سرمایشی به کار می‌روند. در مورد هر دو ترکیب تا زمانی که گرمای منبع حرارتی اعمال شود، گاز خنک‌کننده جذب می‌شود که در مجموع باعث بالا رفتن دما و فشار خواهد شد. با ادامه افزایش فشار در نهایت ماده خنک‌کننده به حالت مایع در می‌آید. از این جا به بعد روند کار مشابه یخچال فرئونی خواهد بود؛ خاموش شدن منبع حرارتی فشار را کاهش می‌دهد و در نتیجه مایع دوباره به حالت گاز برمی‌گردد و همان اثر خنک‌کنندگی به وجود خواهد آمد. ضریب عملکرد این نوع ماشین‌های سرمایشی جذبی بسته به کیفیت و قیمت‌شان بین ۶/۰ تا ۷/۰ است. به بیان دیگر این ماشین‌ها به ازای هر ۱۰۰ Btu (واحد بریتانیایی گرما) از حرارت ورودی، چیزی بین ۶۰ تا ۷۰ Btu سرما تولید می‌کنند. چنین سطح پایینی از بازده و کارایی با استفاده از چند لوله معمولی، یک سطل آب، مقداری کلرید کلسیم (به عنوان ماده جاذب)، آمونیاک (به عنوان ماده خنک‌کننده) و یک صفحه فلزی صیقلی (به عنوان کلکتور خورشیدی) نیز قابل دستیابی است. در واقع اگر می‌خواهید با استفاده از انرژی خورشیدی ماشین گرمایشی یا سرمایشی بسازید، این روش احتمالا کارآمد‌تر و یقینا ارزان‌تر از آن خواهد بود که ابتدا انرژی خورشیدی را به الکتریسیته تبدیل کنید. تام مانچینی (T.Msncini)، مدیر برنامه بخش توان خورشیدی در آزمایشگاه‌های ملی سندیا در آمریکا، در این باره می‌گوید: «این روش به خوبی می‌تواند با سیستم‌های فتو ولتائیک رقابت کند، حتی می‌توان گفت که این روش کمی بهتر است.»
برای مثال برای تولید سرمایش یک دستگاه تهویه مطبوع کوچک مثل کولر گازی قابل نصب در قاب پنجره که در ساعت شش هزار Btu سرما تولید می‌کند، با فرض استفاده از یک کلکتور متوسط هشت متر مربعی با فرض بازده ۴۰ درصد کافی خواهد بود. توان سرمایشی سیستم‌های تهویه مطبوع مرکزی چیزی حدود ۳۰ هزار Btu یا اندکی بیشتر است که با استفاده از صفحه کلکتوری به مساحت ۴۰ متر مربع، دست‌یافتنی است، البته در خانه‌های معمولی به ندرت فضای کافی برای چنین توانی وجود دارد. البته تعیین مساحت صفحه کلکتور تا حد زیادی به محل نصب سیستم و میزان تابش خورشید در آنجا بستگی دارد. نصب و راه‌اندازی یخ‌سازهای خورشیدی در مناطق روستایی فاقد شبکه برق این امکان را به اهالی روستا می‌دهد تا بدون نیاز به الکتریسیته، مواد غذایی و دارویی‌شان را در شرایط مناسبی نگهداری کنند. برای مثال در ماه می ‌گذشته سازمان خیریه «هایفر اینترنشنال» سه دستگاه یخ‌ساز را در مناطق دورافتاده کنیا راه‌اندازی کرد. هر یک از این سه دستگاه یخ‌ساز می‌توانند ۱۰۰ لیتر شیر را خنک نگهدارند. انتظار می‌رود دست‌کم ۵۰۰ نفر از کارکنان دو شرکت تعاونی لبنیات بتوانند به‌طور مستقیم از این دستگاه‌ها استفاده کنند. الگوهای سکونت در ساختمان‌ها نیز یکی از عوامل تاثیر‌گذار در طراحی و ساخت سیستم‌های خورشیدی است. برای مثال بیشتر آمریکایی‌ها در طول روز در خانه نیستند. پت هیل (P.Hale)، مدیر فروش کمپانی «سیستم‌های انرژی یازاکی» در تگزاس، در این باره می‌گوید: «ما آنقدری از اوقات روز را که در مراکز اداری و تجاری بسر می‌بریم، در ساختمان‌های مسکونی‌مان نیستیم.» از دیگر مشکلات استفاده از سیستم‌های خورشیدی در مناطق شهری می‌توان به مشکل و هزینه نصب تجهیزات و لوازم این سیستم و به‌‌ویژه صفحه‌های نسبتا بزرگ کلکتور روی بام خانه‌ها و نیز دردسرهای مربوط به دمای بسیار زیاد ناشی از تمرکز نور خورشید روی این کلکتورها اشاره کرد.
اما با وجود مشکلات استفاده از سیستم‌های خورشیدی در مناطق شهری برخی از پیشگامان این صنعت معتقدند که بازار این محصولات در مناطق مسکونی رفته رفته ایجاد خواهد شد. والتر راس (W.Ross)، مدیرعامل شرکت تازه تاسیس Austin Solar AC که در حال حاضر مشغول انجام آزمایش‌های نهایی روی چیلرهای خورشیدی ۳۶ و ۶۰ هزار است، در این باره می‌گوید: «محصولات ما حتی توجه آنهایی که از گاز طبیعی برای گرمایش خانه‌های‌شان استفاده می‌کنند را نیز جلب کرده است. بزرگترین مشکلی که با آن مواجه شده‌ایم، مسئله فضا است؛ بیشتر انجمن‌های همسایگی اجازه نمی‌دهند مشتری‌ها چنین چیزهایی را روی سقف خانه‌های‌شان نصب کنند.» این دو محصول خورشیدی شرکت Austin Solar AC، می‌توانند در تابستان و زمستان سرما و گرمای مورد نیاز یک خانه معمولی را تنها به کمک انرژی خورشیدی فراهم کنند.

کیوان فیض‌اللهی
Scientific American, Oct. ۲۰, ۲۰۰۸

منبع : روزنامه کارگزاران