فناوری

مطالعه جدید: پنل‌های خورشیدی می‌توانند به پاکسازی خاک‌های آلوده کمک کنند

محققان در مطالعه‌ای جدید پیشنهاد کرده‌اند که می‌توان از زمین‌های آلوده و بلااستفاده، مانند کارخانه‌های متروکه یا تأسیسات سوخت قدیمی، به‌گونه‌ای نوآورانه بهره‌برداری کرد. در این اراضی می‌توان هم‌زمان از سیستم‌های فتوولتائیک برای تولید انرژی تجدیدپذیر و از گیاهان فراانباشتگر برای جذب فلزات سنگین خاک استفاده کرد. براساس این پژوهش، پنل‌های خورشیدی می‌توانند به رشد این گیاهان و درنتیجه تسریع پاکسازی خاک‌های آلوده کمک کنند.

به گزارش pv-magazine، گروهی از پژوهشگران دانشگاه لورن فرانسه تأثیر نصب پنل‌های خورشیدی زمینی را بر رشد گیاهان فراانباشتگر در زمین‌های آلوده و متروکه بررسی کرده‌اند. این گیاهان توانایی جذب و انباشت عناصر فلزی کمیاب مانند آرسنیک، کادمیوم، کبالت، سرب و روی را در بافت خود دارند و می‌توان این عناصر را در مراحل بعدی برای مصارف صنعتی بازیابی کرد.

پاکسازی خاک‌های آلوده — نمونه‌ای از زمین‌های آلوده؛ سایت گازرسانی متروکه که در آن، مخازن زیرزمینی برداشته شده‌اند و خاک آن دچار آلودگی شده است.

مطالعه جدید که اخیراً در مجله Applied Energy منتشر شده است، روش ترکیبی از تولید انرژی پاک و فرایند گیاه‌کاوی (Agromining) پیشنهاد می‌دهد که به پاک‌سازی تدریجی خاک‌های آلوده کمک کرده و درعین‌حال، امکان بهره‌برداری اقتصادی از زمین‌هایی را فراهم می‌سازد که به‌دلیل آلودگی، دیگر کاربری‌های معمول را ندارند.

نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که پنل‌های خورشیدی، علاوه بر تولید انرژی، نقش محافظتی برای گیاهان فراانباشتگر دارند. به گفته محققان، سایه‌افکنی پنل‌ها موجب کاهش فشارهای محیطی و بهبود شرایط رشد این گیاهان در خاک‌های آلوده می‌شود:

«این گیاهان قادرند عناصر فلزی کمیاب قابل جذب زیستی (MTEs) را از طریق ریشه‌های خود جذب کنند و سپس این عناصر را به بخش‌های بیرونی گیاه منتقل و ذخیره کنند.» مهم‌ترین مزیت این روش، هزینه پایین‌تر نسبت به روش‌های متداول پاک‌سازی خاک است.

پاکسازی خاک‌های آلوده؛ پنل‌های خورشیدی می‌توانند به رشد گیاهان فراانباشتگر کمک کنند

در این پژوهش، محققان گونه خاصی از گیاهان فراانباشتگر به نام Noccaea caerulescens را آزمایش کردند. این گیاه عمولاً برای جذب کادمیوم استفاده می‌شود. این آزمایش شامل سامانه‌ای از پنل‌های خورشیدی نصب‌شده بر زمین بود که از سه ردیف ماژول‌های فتوولتائیک مات و نیمه‌شفاف با جهت‌گیری به‌سمت جنوب تشکیل شده بود.

شماتیک ست‌آپ آزمایش انجام‌شده در این مطالعه

این پنل‌ها با زاویه ۳۰ درجه نسبت به سطح زمین و در ارتفاع ۰.۸ متر نصب شده بودند. ماژول‌ها روی نوارهایی نصب شدند که فاصله ۱۱ متری بین آن‌ها حفظ شده بود تا از ایجاد سایه ناخواسته جلوگیری شود. آزمایش‌ها طی چهارده هفته، از ژوئیه تا نوامبر ۲۰۲۳ انجام شد.

پژوهشگران در این آزمایش از پنل‌های فتوولتائیک با توان ۲۹۰ وات و ۲۸۵ وات استفاده کردند که به‌ترتیب با نام‌های OP1 و OP2 شناخته می‌شوند. همچنین در آزمایش از پنل‌های فتوولتائیک نیمه‌شفاف دوطرفه با توان ۴۱۰ وات استفاده شد.

در این مطالعه، پژوهشگران از ترموکوپل‌های نوع T برای اندازه‌گیری دمای پنل‌های خورشیدی استفاده کردند. همچنین، حسگری برای اندازه‌گیری شار فوتون‌های مؤثر در فرایند فتوسنتز (PPF) در طیف تابش فعال فتوسنتزی (PAR) روی پوشش گیاهی به‌کار رفت. همچنین از یک بادسنج برای اندازه‌گیری سرعت باد و یک پیرانومتر برای اندازه‌گیری تابش کلی خورشید استفاده شد. علاوه‌براین، دمای هوای محیط و رطوبت نسبی نیز با حسگرهای مخصوصی که در محفظه‌ای قرار داشتند، اندازه‌گیری شدند.

نتایج نشان داد که پنل‌های خورشیدی تأثیر مثبتی در محافظت از گیاهان در برابر تابش شدید خورشید دارند. در مناطقی که گیاهان در زیر پنل‌ها رشد کرده‌اند، میزان زیست‌توده (بیومس) تا سه برابر بیشتر از نواحی بدون پنل بود. همچنین مشخص شد گیاهانی که زیر پنل‌ها رشد کرده‌اند، تا ۱۸ برابر توانایی بالاتری در تبدیل مؤثر انرژی خورشیدی به انرژی زیستی دارند.

محققان همچنین دریافتند که فرایند تعرق و تبخیر گیاهان به‌دلیل اثر خنک‌کنندگی خود، می‌تواند عملکرد پنل‌های خورشیدی را حدود ۱۸ درصد، به‌ویژه در شرایط تابش شدید و مداوم، بهبود بخشد: «پیشنهاد می‌کنیم که پدیده تبخیر و تعرق در مدل‌سازی حرارتی ماژول‌های فتوولتائیک و تولید انرژی آن‌ها در نظر گرفته شود.»

همچنین بخوانید: دستاورد جدید محققان: ساخت کامپوزیتی که عملکرد پنل‌های خورشیدی را افزایش می‌دهد