انرژی از دل ماه: دانشمندان راهکار ساخت پنل خورشیدی از خاک قمری را کشف کردند

به گزارش بخش اخبار علمی زوم تک ,تأمین انرژی پایدار، یکی از چالش‌ های اساسی در برنامه‌ریزی برای ساخت پایگاه‌ های دائمی در ماه به شمار می‌رود. در یک دستاورد علمی نوآورانه، محققان راهکاری خلاقانه برای این مسئله ارائه داده‌اند: استفاده از خاک موجود در سطح ماه (رگولیت) به عنوان ماده اولیه برای ساخت پنل‌ های خورشیدی. این پژوهش پیشگامانه، نه تنها راه را برای خودکفایی انرژی در ماموریت‌ های فضایی آینده هموار می‌کند، بلکه می‌تواند گامی مهم در جهت بهره‌ برداری پایدار از منابع فرازمینی باشد.

انرژی رایگان از خاک ماه؛ ساخت پنل‌ های خورشیدی قمری با فناوری بومی

دیگر نیازی به حمل و نقل پرهزینه تجهیزات از زمین نیست! محققان راهی نوآورانه یافته‌اند تا با استفاده از خاک و غبار موجود در سطح ماه، پنل‌ های خورشیدی فعال بسازند. این فناوری می‌تواند کلید تامین انرژی پایگاه‌ های آینده قمری باشد.

ایده‌ استفاده از منابع موجود در ماه برای ساخت تجهیزات، مدت‌ هاست که ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده است. فلیکس لنگ، پژوهشگر دانشگاه پوتسدام آلمان، پس از مواجهه با این مفهوم، دریافت که زمان عمل فرا رسیده است. او می‌گوید: «همان لحظه تصمیم گرفتیم نمونه‌ای مشابه از یک سلول خورشیدی بسازیم.»

دو سال تلاش بی‌ وقفه، تیم لنگ را به ساخت و آزمایش چندین سلول خورشیدی رساند که در ساختار آن‌ ها از غبار ماه به عنوان یکی از اجزای اصلی استفاده شده است. عنصر حیاتی دیگر در این پروژه، کریستالی به نام پروسکایت هالید است که از ترکیب عناصری مانند سرب، برم و ید به همراه مولکول‌ های آلی بلند زنجیره تشکیل شده است.

روش کار به این صورت است که تیم لنگ ابتدا نمونه‌ای مصنوعی از رگولیت قمری (همان لایه‌ پوشاننده‌ سطح ماه از سنگ و غبار) را ذوب کرده و آن را به نوعی “شیشه ماه” تبدیل می‌کند. سپس این شیشه ماه با کریستال‌ های پروسکایت ترکیب شده و یک سلول خورشیدی کامل شکل می‌گیرد. از آنجایی که رگولیت تصفیه نشده است، شیشه ماه حاصل، شفافیت کمتری نسبت به مواد مورد استفاده در سلول‌ های خورشیدی معمولی دارد.

لنگ خاطرنشان می‌کند که بهترین نمونه‌ های ساخته شده توسط تیم آن‌ ها به بازدهی حدود ۱۲ درصد دست یافته‌اند. این در حالی است که سلول‌ های خورشیدی پروسکایت استاندارد معمولاً بازدهی نزدیک به ۲۶ درصد دارند. با این حال، لنگ امیدوار است و می‌گوید شبیه‌ سازی‌ های کامپیوتری نشان می‌دهند که تیم او می‌تواند در آینده به این سطح از کارایی نزدیک شود.

نکته‌ قابل توجه این است که محققان معتقدند سلول‌ های خورشیدی پروسکایت به طور کلی، هم در فضا و هم روی زمین، عملکرد بهتری نسبت به سلول‌ های سیلیکونی سنتی خواهند داشت. از منظر ماموریت‌ های قمری، استفاده از مواد پروسکایت مزیت‌ های فراوانی دارد. یکی از مهم‌ ترین آن‌ ها، امکان ساخت این سلول‌ ها به صورت لایه‌ های بسیار نازک است که به طور چشمگیری وزن مواد ارسالی به ماه را کاهش می‌دهد. بر اساس تخمین‌ های تیم تحقیقاتی، یک سلول خورشیدی با مساحت ۴۰۰ متر مربع تنها به حدود یک کیلوگرم پروسکایت نیاز خواهد داشت.

عدم نیاز به تصفیه رگولیت، یک مزیت بزرگ دیگر این روش است. این بدان معناست که نیازی به حمل و نصب رآکتورهای پیچیده در ماه نخواهد بود. لنگ توضیح می‌دهد که با استفاده از یک آینه‌ بزرگ و متمرکز کردن نور خورشید، می‌توان حرارت کافی برای ذوب رگولیت و تولید شیشه ماه را فراهم کرد. یکی از همکاران او این روش را در آزمایشگاه دانشگاه امتحان کرده و نشانه‌ هایی از ذوب رگولیت را مشاهده کرده است.

نیکلاس بنت، پژوهشگر دانشگاه فناوری سیدنی، با اشاره به تحقیقات پیشین در زمینه‌ تبدیل رگولیت قمری به شیشه شفاف، می‌گوید: «این اولین بار است که نشان داده می‌شود یک سلول خورشیدی می‌تواند با شیشه ماه که نیاز به پردازش کمتری دارد، کار کند.» او تاکید می‌کند که چالش اصلی در حال حاضر، تولید مقادیر زیاد شیشه ماه در خارج از محیط آزمایشگاهی است. اگر این مانع برطرف شود، فناوری ذوب می‌تواند در ساخت سایر اقلام مورد نیاز یک پایگاه قمری، مانند کاشی‌ ها، نیز کاربرد داشته باشد.

مایکل دوک از موسسه قمری و سیاره‌ای خاطرنشان می‌کند که تولید سلول‌ های خورشیدی مبتنی بر شیشه ماه، نیازمند پیشرفت‌ های چشمگیر در فناوری‌ های مختلف، از جمله حفاری رگولیت و اتصال سلول‌ های منفرد به آرایه‌ های بزرگ است. با این حال، اگر روزی کارخانه‌ای برای تولید سلول‌ های خورشیدی در ماه تاسیس شود، می‌تواند مزایای قابل توجهی به همراه داشته باشد. او توضیح می‌دهد که در آینده، سیستم‌ های فضایی مانند ماهواره‌ ها نیز می‌توانند از سلول‌ های خورشیدی تولید شده در ماه بهره ببرند، زیرا ارسال محموله‌ ها از ماه به انرژی کمتری نیاز دارد.

در حال حاضر، لنگ و همکارانش تمام تلاش خود را برای افزایش کارایی سلول‌ های خورشیدی خود به کار گرفته‌اند. آن‌ ها در حال بررسی این موضوع هستند که آیا می‌توان با استفاده از آهن‌ رباها، آهن موجود در رگولیت را قبل از ذوب جدا کرده و کیفیت شیشه ماه تولیدی را بهبود بخشید یا خیر.

هدف نهایی این محققان، گسترش فرآیند تولید سلول خورشیدی در محل به سایر مناطق غبارآلود فضا است. لنگ با نگاهی به آینده می‌گوید: «ما اکنون به این فکر می‌کنیم که آیا می‌توانیم همین روش را با رگولیت مریخ نیز به کار بگیریم؟»