مانند آبی که از شیرآلات چکه می کند، انرژی برق هم از دستگاههای الکترونیکی به هدر می رود، حتی زمانی که از آنها استفاده نمی کنیم. بخشی از هزینۀ انرژی که ما می پردازیم به دلیل پایین بودن کارآیی قطعات الکترونیکی است. همانطور که در این گزارش خواهیم دید در آینده دستگاه های الکترونیکی مصرف بسیار کمتری خواهند داشت.
در شهر کاسل در آلمان، در مرکز تحقیقات برای ساختمان های پایدار، دمای داخل مرکز توسط کامپیوتر محاسبه و کنترل می شود. این سیستم، پیشبینی های هواشناسی را تجزیه و تحلیل می کند تا بهترین زمان برای خاموش و روشن کردن کولر را تعیین نماید و هنگامی که این امکان وجود دارد، از تهویۀ طبیعی و انرژی خورشیدی استفاده می کند.
دیمیتریوس رُواس، استادیار ترمودینامیک در دانشگاه فنی کرت دربارۀ این سیستم توضیح می دهد: “این ساختمان را در نظر بگیرید و فرض کنید باد زیادی می وزد. ما می دانیم که برخی از اتاق ها زودتر سرد خواهند شد چون تماس بیشتری با خارج دارند. سیستم ما قادر است پیشبینی کند که آن اتاق یا منطقۀ خاص به انرژی بیشتری نیاز دارد و می تواند از پیش شروع به خنک کردن یا گرم کردن آن اتاق خاص کند و در صورت امکان از انرژی حاصل از صفحه های خورشیدی استفاده نماید.”
این سیستم به صورت جداگانه هر یک از اتاق ها را کنترل می کند و با استفاده از حسگرهای مختلف، دمای هوا، رطوبت، سطح دی اکسید کربن و تعداد افراد حاضر در هر اتاق را اندازه گیری می کند و بر اساس آن، مناسبترین دما را با حداقل هزینۀ انرژی فراهم می سازد. این سیستم محاسبۀ هوشمند با حمایت مالی یک طرح اروپایی و با همکاری پژوهشگران پنج کشور نوشته شده است.
خوان سانتیاگو، پژوهشگر در انرژی های تجدید پذیر می گوید: “در این ساختمان، صدها حالت متفاوت را شبیه سازی می کنیم. این کار را بر اساس پیش بینی دمای روزِ بعد و تابش خورشید انجام می دهیم و از این طریق برای صرفه جویی انرژی ساختمان و راحتی بیشتر ساکنان آن، راهکارهایی را در نظر می گیریم.”
نرم افزاری که برای انجام این عملیات شبیه سازی استفاده می شود بر روی شبکۀ اینترنتی واقع شده و دستگاه های ساده ای، تنها آن را اجرا می کنند.
خوان سانتیاگو ادامه می دهد: “ما یک کامپیوتر مانند این داریم که قادر است تمام ساختمان را مدیریت کند. این کامپیوتر یک سیگنال از اینترنت دریافت می کند و آنرا به همۀ ساختمان منتقل می کند. برای مثال، برای پایین آوردن این پرده ها.”
کاربران می توانند از طریق یک صفحۀ اینترنتی و تلفن یا لوح های هوشمند، با سیستم ارتباط برقرار کنند و در صورت نیاز بطور دستی آن را کم و زیاد یا اینکه برای مثال درجۀ حسگرها را کنترل کنند. مرکز تحقیقات انرژی در دانشگاه آخن آلمان، از محاسبات مشابهی در مقیاس بزرگتر استفاده می کند، مانند یک یخچال بسیار بزرگ و برای حفظ درجۀ حرارت مناسب در سالن های مختلف ساختمان و آزمایشگاه آن، از منابع انرژی زیرزمینی بهره می گیرد.
الکس میکالسکی، دانشجوی مقطع دکترا در انرژی زمین گرمایی در دانشگاه آخن می گوید: “در اینجا، شانزده مبدل حرارتی را می بینیم. آنها حدود صد متر عمق دارند. ما آب گرم را به زمین منتقل می کنیم و آب سرد را با ۴ درجه سانتیگراد از زمین پمپاژ می کنیم.”
برای تنظیم دمای داخل ساختمان، از انرژی زمین گرمایی، صفحه های خورشیدی و حتی گرمای اضافیِ اتاق سرورها، استفاده می شود. یک نرم افزار با استفاده از همۀ منابعی که در دسترس هستند، درجۀ حرارتِ آبی را که در لوله ها جاری است، تنظیم می کند.
آنا کنستانتین، پژوهشگر در جایگزینی گرما و شبیه سازی در دانشگاه آخن است و در مورد این سیستم می گوید: “بعد از اینکه پمپ گرما، آب را سرد یا گرم کرد، آن را در تمام ساختمان توزیع می کند. ما این کار را از طریق گردش آب در این لوله ها که در سقف و زمین بتنی قرار دارند انجام می دهیم. نرم افزارِ این سیستم به پمپ گرما فرمان می دهد که آب لوله ها چه دمایی داشته باشد.”
در آینده، یک خانۀ هوشمند که تغییرات آب و هوایی را پیشبینی می کند و می تواند حرارت مورد نیاز را تنظیم کند، مقدار زیادی انرژی صرفه جویی خواهد کرد.
یوهانس فوئتِرِر، پژوهشگر در بهینه سازی استراتژی های کنترل آب و هوا در دانشگاه آخن می گوید: “ساختمان، خود را با عادات شما تطبیق می دهد. هنگامی که شما از محل کار به خانه باز می گردید، یا هنگامی که برای تفریح خانه را ترک می کنید، این سیستم، دمای خانه را به حالت نسبتاً گرم یا نسبتاً سرد در میاورد و به این ترتیب موجب صرفه جویی انرژی و در نتیجه کاهش هزینه برای شما می شود.”
یکی دیگر از پروژه های اروپایی، به انرژی ای مربوط می شود که در دستگاه های الکترونیکی به هدر می رود. از تلفن های همراه گرفته تا ابر رایانه هایی که حتی در حالت خواب (sleep mode) انرژی مصرف می کنند. تنها در اروپا مقدار این انرژی از دست رفته با کل مصرف برق اتریش، جمهوری چک و پرتغال برابر است.
کیرستن موزِلوند، دانشمند نانوالکترونیک که در شرکت آی بی ام در زوریخ تحقیق می کند در اینباره می گوید: “یکی از مشکلات ما امروز در مورد ترانزیستورهاست. اینها از قطعات اصلی مدارهای الکترونیکی هستند و انرژی زیادی هدر می دهند. یعنی حتی زمانی که در حال کار کردن نیستند، باز هم انرژی مصرف می کنند و به این ترتیب مقدار زیادی انرژی از دست می رود. در حال حاضر بر روی ترانزیستورهای جدیدی به نام “ترانزیستورهای اثر میدان تونلی” کار می کنیم و امیدواریم که آنها انرژی کمتری استفاده کنند، و در مقایسه با دستگاه های معمولی، بتوانیم در ادوات الکترونیکی مجهز به این ترانسیستورها برق کمتری استفاده کنیم.”
یک ترانزیستور مثل یک شیر آب کار می کند. نسل بعدی “ترانزیستور اثر میدان تونلی” به ولتاژ بسیار کمتری نیاز دارد اما کارایی آن به مراتب بهتر خواهد بود. چالش امروز برای دانشمندان ترکیب سیلیکون، سیلیکون-ژرمانیوم و نانوسیمهای نیمه هادی است.
ماتیاس بورگ، متخصص مواد و او هم در شرکت آی بی ام در زوریخ تحقیق می کند و می گوید: “یک قطعۀ سیلیکون را در داخل راکتور قرار می دهیم و سپس نانوسیم ها را بر روی آن سوار می کنیم. با استفاده از این ساختار و ترکیب این دو ماده، می توانیم نوع جدیدی از ترانزیستورها را بسازیم که به نیروی کمتری نیاز دارند و در عین حال همان سرعت ترانزیستورهای مدرن را خواهند داشت.”
هدف نهایی، کاهش نود درصدی مصرف برق تراشه های رایانه ای و رساندن آن به صفر در حالت خواب است. با چنین کارآیی ای، بسیاری از دستگاه ها دیگر احتیاج به شارژ نخواهند داشت و انرژی مورد نیاز را در محیط اطراف خود پیدا خواهند کرد. چنین ادواتی مطمئناً موجب تحولات بزرگی در زمینۀ درمان، امنیت و ارتباطات خواهند شد.
آدریان ایونسکو، هماهنگ کنندۀ پروژه اضافه می کند: “یکی از نتایج جالب ترکیبِ الکترونیکِ فوق العاده کم مصرف با تکنولوژی های پایه و برداشت انرژی اینست که آنها می توانند با هم ادغام شوند و این امر، امکان ساختن سیستم های کاملاً جدید و مستقلی را فراهم می کند که می توانند در وسایل روزمره مورد استفاده قرار بگیرند. مانند یک سیستم افزودنی یا وسیلۀ دیگری که شامل ویژگی های بسیاری باشد و بتوانیم از آن برای یک زندگی بهتر و تعامل بیشتر با محیط خود، استفاده کنیم.”
پژوهش ها در این زمینه ادامه دارد و هنوز روشن نیست تولید انبوه نسل جدید ترانزیستورها برای چه زمانی خواهد بود، دانشمندان صحبت از پانزده تا بیست سال آینده می کنند
