ژاپن چگونه با راه رفتن در پیاده‌رو برق تولید می‌کند؟

گجت نیوز: ژاپن همواره کشوری بوده که انگار در آینده زندگی می‌کند و فناوری را با عادی‌ترین جنبه‌های زندگی روزمره گره زده است. این رویکرد نوآورانه حالا به حوزه انرژی رسیده و روش جدیدی برای تولید برق در ژاپن معرفی کرده است.

در ایستگاه‌های مترو و خیابان‌های شلوغ این کشور، هر قدمی که برداشته می‌شود می‌تواند به روشن شدن یک لامپ کمک کند. این فناوری شگفت‌انگیز با استفاده از کاشی‌های پیزوالکتریک، انرژی مکانیکی حاصل از راه رفتن میلیون‌ها نفر را به انرژی پاک تبدیل می‌کند.

تولید برق در ژاپن با پیاده‌روی

ژاپن کشوری کوچک با تراکم جمعیت بسیار بالاست. همین موضوع باعث شده ایستگاه‌های مترو مانند شینجوکو در توکیو روزانه میزبان بیش از ۳.۸ میلیون مسافر باشند. مهندسان ژاپنی به جای آنکه این ازدحام را یک چالش ببینند، آن را فرصتی برای تولید انرژی دیدند.

این ایده از سال ۲۰۰۸ عملیاتی شد و پیاده‌روهایی طراحی شدند که می‌توانند انرژی قدم‌ها را برای استفاده‌های بعدی ذخیره کنند. اما این منبع انرژی به ظاهر بی‌نقص، هنوز در سایر نقاط جهان به یک استاندارد تبدیل نشده است.

فناوری پیزوالکتریک چگونه قدم‌ها را به برق تبدیل می‌کند؟

اگرچه استفاده ژاپن از کاشی‌های پیزوالکتریک نسبتا جدید است، اما فناوری پشت آن به اواخر قرن نوزدهم بازمی‌گردد. برادران کوری کشف کردند که با فشردن برخی مواد مانند کوارتز و توپاز، ولتاژ الکتریکی در آن‌ها ایجاد می‌شود.

این پدیده اثر پیزوالکتریک نام گرفت. عکس این موضوع نیز صادق است؛ یعنی اگر جریان الکتریکی به این مواد وارد شود، تغییر شکل می‌دهند یا می‌لرزند. به همین دلیل از مواد پیزوالکتریک در کاربردهای مختلفی مانند ساعت‌های کوارتزی، سونارها و فندک‌های آشپزخانه استفاده می‌شود.

کاشی‌های به کار رفته در پیاده‌روهای ژاپن نیز از همین اصل پیروی می‌کنند. این کاشی‌ها ولتاژ پایینی تولید می‌کنند که به عوامل مختلفی بستگی دارد. در سال ۲۰۰۸ زمانی که فردی ۶۰ کیلوگرمی روی یک کاشی قدم می‌گذاشت، حدود ۰.۱ وات برق تولید می‌شد.

شاید این مقدار ناچیز به نظر برسد، اما وقتی میلیون‌ها نفر در مکان‌های شلوغی مانند ایستگاه شیبویا توکیو راه می‌روند، این ارقام به سرعت افزایش می‌یابند. امروزه با پیشرفت فناوری، کاشی‌های کارآمدتری ساخته شده‌اند که می‌توانند با هر قدم تا ۳۰ وات برق تولید کنند.

چرا روش جدید تولید برق در ژاپن هنوز فراگیر نشده است؟

بزرگ‌ترین مانعی که استفاده از کاشی‌های پیزوالکتریک را محدود کرده، هزینه اولیه بسیار بالای آن‌هاست. قیمت هر کاشی بسته به کارایی آن بین ۵۰ تا ۱۰۰ دلار متغیر است. بنابراین پوشاندن یک منطقه بزرگ با این کاشی‌ها به سرمایه‌گذاری هنگفتی نیاز دارد.

با این حال، تحقیقات نشان می‌دهد که مکان‌های پرتردد مانند ایستگاه‌های مترو، علی‌رغم هزینه بالا بهترین گزینه برای این فناوری هستند. یک پژوهش در سال ۲۰۱۷ حتی ادعا کرد که این کاشی‌ها در طول عمر خود می‌توانند هزینه برق را تا ۹۹.۹۳ درصد کاهش دهند.

با این وجود، بازده پایین انرژی عامل مهم دیگری است که این فناوری را از نظر اقتصادی غیرقابل توجیه می‌کند. منابع انرژی تجدیدپذیر متداول مانند پنل‌های خورشیدی در طول زمان تکامل یافته‌اند و می‌توانند برق بیشتری را با هزینه بسیار کمتر تولید کنند.

علاوه بر این، در مناطق کم جمعیت تولید برق به شدت کاهش می‌یابد و این فناوری را به فضاهای شلوغ محدود می‌کند. هزینه‌های بالای نگهداری و تعمیرات مکرر به دلیل فشار زیاد نیز از دیگر موانع هستند. با این حال، شاید در آینده با ساخت کاشی‌هایی بادوام‌تر و پربازده‌تر، استفاده از آن‌ها از نظر اقتصادی منطقی شود.