آژانس بین‌المللی انرژی می‌‌گوید تا سال ۲۰۵۰ حدود ۳۷ درصد از انرژی الکتریکی جهان می‌تواند به مصرف ۶ میلیارد دستگاه تهویه‌‌ی هوا برسد. کره‌‌ی زمین روزبه‌روز گرم‌‌تر می‌‌شود و وابستگی مردم جهان به انرژی برای خنک‌‌سازیمنازل روبه افزایش است؛ تا آنجاکه امروزه در بسیاری از نقاط جهان، میزان فروش تجهیزات سرمایشی با نرخ فروش این تجهیزات در ایالات متحده برابری می‌‌کند.

کارشناسان بر این باورند که همه‌ی این‌‌ها به‌‌معنای آغاز یک فاجعه‌‌ی زیست‌محیطی قریب‌‌الوقوع است؛ فاجعه‌‌ای که شاید تنها یک انقلاب فناورانه بتواند آن را مهار کند.

حال به نظر می‌‌رسد فناوری یک گام دیگر به تحقق این رویا نزدیک شده است؛ یک شرکت نوپا در انسخده، شهری کوچک از هلند در نظر دارد این تحول تکنولوژیک را از طریق تبدیل گرما به سرما بدون مصرف انرژی اضافی محقق کند. این فناوری که در ماه گذشته و طی نمایشگاه CES 2019 در شهر لاس‌‌وگاس رونمایی شد، از فرآیندی شبیه به یک موتور استرلینگ استفاده می‌کند؛ یک فناوری کهن که اولین‌‌بار در ۲۰۰ سال پیش (اوایل دهه‌ی ۱۸۰۰) مفهوم‌سازی شد.

این فناوری شاید چیزی شبیه به یک ماشین حرکت دائمی باشد؛ اما عملکرد آن درواقع متکی به اصول کاملاً درک‌‌شده‌‌ای از آکوستیک حرارتی است که پیش‌‌تر در بخش تحقیقات وزارت دفاع آمریکا توسعه‌ یافته بود. اولین گام در این فناوری، تبدیل گرما به صدا است.

طراحی یک موتور صوتی-حرارتی؛ موج صوتی درون لوله‌‌ی مدور آبی‌رنگ گردش می‌‌کند

روی هامانز، مدیر ارشد مالی شرکت SoundEnergy در خلال نمایشگاه CES اظهار کرد:

ما انرژی گرمایی را می‌‌گیریم و آن را به یک موج صوتی تبدیل می‌کنیم. این موج در داخل یک حلقه بسته‌‌ی تحت‌فشار (حلقه آبی‌رنگ دیده‌‌شده در تصویر بالا) حرکت می‌کند و در خلال این حرکت، به‌‌صورت پیوسته تقویت می‌‌شود. به‌‌کارگیری یک فرآیند بازخورد منجر به تقویت موج صوتی خواهد شد.

گویا همه‌‌چیز عالی به نظر می‌‌رسد؛ شرکت SoundEnergy توانسته با موفقیت، ماشینی برای تبدیل انرژی گرمایی به انرژی مکانیکی بسازد.

اما این شاید پایان راه نباشد؛ در فرآیند سرمایش، هدف تنها خارج کردن حرارت نیست؛ بلکه ما می‌‌خواهیم سرما را جایگزین آن کنیم. بنابه گفته‌‌ی هامانز، این شرکت در تحقق این امر نیز موفق بوده است:

با اتصال معکوس دو کانال آخر، این قدرت مکانیکی عظیم به یک اختلاف دما [ایجاد دمای پایین‌‌تر] تبدیل خواهد شد. امواج صوتی با جذب گرمای ذرات (مشابه عملکرد یک سیکل استرلینگ کلاسیک) سرما تولید خواهند کرد.

اگر شما هم احساس می‌‌کنید که چندان از طرز کار چنین دستگاهی سر در نیاورده‌‌اید؛ جای نگرانی چندانی نیست. هامانز می‌گوید تنها در حدود چند ده نفر از کارشناسان علم گرما-آکوستیک در سراسر جهان قادرند به‌‌درستی این فرآیند را درک کنند.

مصرف انرژی جهانی در صنعت تهویه‌‌ی هوا با سرعت خیره‌‌کننده‌‌ای در حال افزایش است

باور کردنش سخت است؛ اما این شرکت از سپتامبر گذشته تولید تجاری این محصول را آغاز کرده است. همان‌‌طور که می‌‌‌‌شد حدس زد، اولین مشتری این شرکت دبی بود که یکی از تجهیزات مذکور را برای خنک‌‌سازی یک واحد استخراج آب آشامیدنی از هوا خریداری کرده است. یک کشور دیگر نیز یک واحد از این تجهیزات را برای سرمایش یک محل دور از دسترس و فاقد شبکه‌‌ی سراسری برق خود سفارش داده است.

برتری این فناوری در چیست؟

این فناوری پیشرفته از تهویه‌‌ی هوا برای کارکرد، نیازی به تأمین انرژی از منبع خارجی ندارد. هامانز توضیح می‌‌دهد:

سامانه‌‌ی فعلی خود هیچ‌‌گونه برق یا انرژی دیگری مصرف نمی‌کند. دستگاه تمامی انرژی حرارتی اتلافی [حاصل از یک فرآیند صنعتی] یا انرژی حرارتی خورشیدی را دریافت کرده و با بازدهی حدود ۴۰ الی ۵۰ درصد، آن را تبدیل می‌‌کند.

مازاد گرما نیز می‌تواند به درون یک استخر خنک‌کننده یا فضای اتمسفر تخلیه شود یا اگر واقعاً نیاز باشد می‌تواند به‌‌وسیله‌‌ی یک دستگاه تهویه‌‌ی مطبوع معمولی خنک شود. تنها بخش‌‌هایی از دستگاه که برای کارکرد نیاز به تأمین انرژی از منبع خارجی خواهد داشت، یک واحد کنترل‌کننده‌‌ی کوچک (برای کالیبراسیون دقیق‌‌تر) و البته پمپ‌هایی هستند که برای پمپاژ سیال به داخل و خارج از دستگاه به‌‌کار می‌‌روند.

این سیستم برای استفاده‌‌ی صنعتی در مواردی که نیاز به خنک‌‌سازی موتورها و تأسیساتی پرحرارت باشد، ایده‌آل است؛ اما می‌توانند برای سرمایش مجتمع‌‌های مسکونی نیز به کار روند. خرید واحدهای بزرگ‌تر از این تجهیزات حدود ۵۰ هزار دلار هزینه در برخواهد داشت؛ با این حال، پیش‌‌بینی می‌‌شود که متناسب با کاهش مقیاس کاربری، هزینه‌ها نیز افت پیدا کند و در نهایت، به‌زودی امکان تهیه‌‌ی واحدهای کوچک‌تر با کاربری مسکونی نیز با هزینه‌‌ای پایین‌ میسر خواهد شد.

هامانز می‌گوید که این سیستم‌ها در بازه‌‌ای کوتاه می‌‌توانند هزینه‌‌ی سرمایه‌‌گذاری اولیه را بازگردانند:

در مورد کاربری‌‌های تجاری و صنعتی، دوره‌‌ی بازگشت سرمایه‌‌ی تنها پنج سال خواهد بود. همچنین باید در نظر داشت که عمر مفید سیستم‌های ما بین ۲۰ الی ۳۰ سال خواهد بود که بنابر اطلاعات ما، این طول عمر بسیار بیشتر از عمر سامانه‌‌های متکی بر کمپرسورهای الکتریکی است.

دوره‌‌ی بازگشت سرمایه تنها یک مبحث اقتصادی است؛ چنانچه این شرکت در کنار حل چالش‌های جهانی انرژی، واقعاً بتواند به ما کمک ‌کند تا خانه‌ها، دفاتر و کارخانه‌های خود را به‌‌طور مؤثری خنک کنیم، کارکردهای زیست‌محیطی چنین دستاوردی ممکن است بسیار فراتر از ملاحظات مالی باشد.

قدم بعدی شرکت چیست؟

هامانز می‌گوید:

استراتژی فعلی ما نشان‌‌دادن قابلیت‌‌های فنی و اقتصادی [این فناوری] در تمامی صنایع است تا بتوانیم بازار خود را از این چند مشتری محدود به سطحی جهانی برسانیم. بخش از این صنایع عبارت‌اند از صنایع سنگین نظیر صنایع شیمیایی (نفتی) و فرآیندی، مواد غذایی و آشامیدنی، منسوجات، فلزی، هیدروژن و تجهیزات ثابت یا پرتابل قابل‌‌استفاده در مناطق دورافتاده. علاوه‌‌براین، ما می‌توانیم در صنعت سرمایش فضاهای ساختمانی و تأمین زنجیره‌های سرد موردنیاز مواد غذایی تازه و اقلام دارویی، به‌ویژه در مناطق گرم و مستقل از شبکه وارد شویم.

شاید چنین طرح‌هایی بزرگ به نظر برسند؛ اما ناظران مستقل بر این باورند که این یک فناوری واقعی است که می‌‌تواند فرصت‌‌های بزرگی برای توسعه داشته باشد.

اصول کار یک موتور استرلینگ ساده (نوع آلفا)

استیون گارت، یک استاد سابق آکوستیک در دانشگاه پنسیلوانیا و یکی از پژوهشگران همکار در آزمایشگاه آکوستیک دانشگاه منز در فرانسه است. گرت از جمله افرادی است که دانش اجرایی بالایی دارد. او پیش‌‌تر توانسته خنک‌‌کننده‌‌هایی را باقابلیت کاربرد در شاتل‌‌های فضایی ناسا و نیز ناوشکن‌‌های دریایی طراحی کند و در اوایل دهه‌‌ی ۲۰۰۰ نیز در همکاری با شرکت Ben and Jerry's طرح‌‌های خلاقانه‌‌ای را در صنایع برودتی ارائه کرده است.

گرت از هواداران فناوری معرفی‌‌شده از سوی شرکت SoundEnergy و بنیان‌‌گذار این شرکت یعنی کیز دی‌‌بلاکاست. گرت می‌‌گوید:

افراد زیادی هستند که ادعاهایی واهی را در علم ترمو-آکوستیک مطرح می‌‌کنند؛ اما دی‌‌بلاک واقعاً می‌‌داند چه می‌‌کند و آنچه او انجام داده، شگفت‌‌انگیز است.

دی‌‌بلاک سمت مدیریت ارشد تحقیقاتی شرکت را به عهده دارد. او همچنین یک شرکت تحقیقاتی دیگر را با نامAster Thermoacoustics برای پژوهش درمورد فناوری‌‌های وابسته تأسیس کرده است. گرت در ادامه می‌‌گوید درست است که در این حوزه از علم باید نگاهی محتاطانه داشته باشید؛ اما قضیه درمورد دی‌‌بلاک کاملاً متفاوت است. دستاورد فعلی این فرد یک‌شبه حاصل نشده و اعتبار علمی او در حوزه‌‌ی تخصصش در بالا‌‌ترین درجه‌‌ی ممکن است.