با تازهترین پژوهش محققان کرهای محقق شد
کنترل سیلاب با قطرههای باران
برسام جنتی
گروه علم و فناوری
تغییر اقلیم و ایجاد بارشهای حدی، زمینهساز وقوع سیل در گوشه و کنار جهان شده است. به همین دلیل هم محققان به دنبال راهکاری برای کنترل سیلاب و هشدار به موقع هستند تا میزان خطر را کاهش دهند. یکی از جالبترین نمونهها، تلاش محققان کرهای برای کنترل سیلاب با کمک باران است. پژوهشگران مؤسسه ملی علوم و فناوری اولسان کرهجنوبی (UNIST) یک ژنراتور طراحی کردهاند که با کمک انرژی حاصل از قطرات باران، میتواند سامانههای هوشمند زهکشی و هشدار سیلاب را فعال کند.
در واقع این فناوری، انرژی مکانیکی ناشی از برخورد قطرههای باران با سطوحی مانند پشتبامها را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکند؛ سیگنالهایی که میتوانند تجهیزات مدیریت آبهای سطحی را بدون نیاز به منبع تغذیه خارجی یا باتری فعال کنند. هدف اصلی این سامانه، استفاده مستقیم از بارش برای پایش شدت باران و واکنش فوری زیرساختهای شهری به خطر سیلاب است.
پروفسور«یانگ-بین پارک»، سرپرست این پروژه میگوید: «به محض برخورد قطرههای باران با این دستگاه که S-FRP-DEGنام دارد، انرژی الکتریکی تولید میشود. برخلاف بسیاری از سامانههای آزمایشی مشابه که از فلزات ظریف و کم دوام ساخته شدهاند، این دستگاه از مواد کامپوزیت CFRP ساخته شده است؛ موادی که بهدلیل استحکام بالا، وزن کم و مقاومت در برابر خوردگی، در صنایع هوافضا و ساختوساز استفاده میشوند و همین ویژگی، آن را به گزینهای مناسب برای نصب بر پشتبامها، لولههای زهکشی و زیرساختها تبدیل میکند.»
از الکتریسیته ساکن تا کنترل هوشمند سیلاب
مبنای عملکرد این دستگاه، فرآیندی مشابه الکتریسیته ساکن است. قطرههای باران هنگام سقوط دارای بار مثبت میشوند و در برخورد با سطح فوقآبگریز و دارای بار منفی این دستگاه، انتقال بار الکتریکی رخ میدهد. سپس قطره بهسرعت از سطح جدا میشود که همین حرکت، جریان الکتریکی را در الیاف کربنی تعبیهشده درون کامپوزیت به جریان میاندازد. پژوهشگران برای افزایش کارآیی این دستگاه مولد انرژی، پوششی استفاده کردهاند که با افزایش خاصیت آبگریزی، از تجمع گرد وغبار و دوده جلوگیری میکند، بنابراین دستگاه در برابر رطوبت و آلایندههای شهری مقاوم میماند.
تحقیقات آزمایشگاهی نشان داد که تنها یک قطره باران با حجمی حدود ۹۲ میکرولیتر، میتواند ولتاژی تا ۶۰ ولت و جریانی در حد چند میکروآمپر تولید کند. وقتی چهار واحد از این مولد به یکدیگر متصل شدند، سامانه توانست برای مدت کوتاهی ۱۴۴چراغ LED را روشن کند.
این فناوری، خارج از محیط آزمایشگاهی و روی پشتبام ساختمانها و لولههای زهکشی نیز تست شد و نتیجه نشان داد با افزایش شدت بارندگی، سیگنالهای الکتریکی قویتر و متراکمتری تولید میشود. به این ترتیب، سامانه میتواند بارشهای سبک، متوسط و شدید را از یکدیگر تشخیص داده و در صورت نیاز، پمپهای زهکشی را فعال کند. چنین واکنشی میتواند کارایی سامانههای پیشگیری از سیلاب را در شهرها بهطور چشمگیری افزایش دهد. پروفسور پارک در اینباره میگوید: «این فناوری به زیرساختهای شهری اجازه میدهد تنها با استفاده از انرژی باران، میزان بارندگی را پایش کرده و به خطرات سیلاب، پاسخ بهموقع بدهند. همچنین در آینده میتوان این سامانه را در حوزههای دیگر از جمله سامانههای حملونقل، خودروها و حتی هواپیماها به کار گرفت؛ حوزههایی که در آنها کامپوزیتهای الیاف کربن از پیش کاربرد گستردهای
دارند.»
