Wednesday, October 24, 2007

നാനോനാരുകള്‍ സോളാര്‍ ബാറ്ററിയാകുമ്പോള്‍

സൂര്യനാണ്‌ ഭൂമിയുടെ ഏറ്റവും വലിയ ഊര്‍ജദാതാവ്‌. പക്ഷേ, സൂര്യപ്രകാശത്തില്‍ നിന്ന്‌ വൈദ്യുതോര്‍ജമുണ്ടാക്കാന്‍ ഇപ്പോഴും വലിയ ചെലവാണ്‌. വിലകൂടിയ സോളാര്‍ പാനലുകളുടെ സ്ഥാനത്ത്‌ ചെലവു കുറഞ്ഞ നാനോസോളാര്‍ ബാറ്ററികള്‍ സ്ഥാനംപിടിക്കുന്ന കാലം വിദൂരമല്ലെന്ന്‌ ഈ രംഗത്തെ പുതിയ മുന്നേറ്റങ്ങള്‍ സൂചന നല്‍കുന്നു

ലമുടിയെക്കാള്‍ വളരെ നേര്‍ത്ത നാരുകള്‍ സോളാര്‍സെല്ലുകളായി പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന കാര്യം സങ്കല്‍പ്പിച്ചു നോക്കൂ. സൂര്യപ്രകാശത്തില്‍ നിന്ന്‌ വൈദ്യുതോര്‍ജം ഉത്‌പാദിപ്പിക്കാന്‍ അത്തരമൊരു സങ്കേതം വികസിപ്പിക്കുന്നതില്‍ ആദ്യവിജയം നേടിയിരിക്കുകയാണ്‌ ഹാര്‍വാഡ്‌ സര്‍വകലാശാലയിലെ ഒരു ഗവേഷകന്‍. വെറും 300 നാനോമീറ്റര്‍ മാത്രം കനമുള്ള നാരുകളെ, സൗരോര്‍ജ ബാറ്ററികളാക്കി മാറ്റാമെന്നാണ്‌ കണ്ടുപിടിച്ചിരിക്കുന്നത്‌. പരിസ്ഥിതി പഠനത്തിനും സൈനികാവശ്യങ്ങള്‍ക്കും ഉപയോഗിക്കാവുന്ന ചെറുസെന്‍സറുകളും, റോബോട്ടുകളും ഇത്തരം നാനോബാറ്ററികളുപയോഗിച്ച്‌ പ്രവര്‍ത്തിക്കും. സൂര്യപ്രകാശത്തില്‍നിന്ന്‌ വൈദ്യുതി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കാനുള്ള ചെലവ്‌ കാര്യമായി കുറയ്‌ക്കാനും പുതിയ മുന്നേറ്റം സഹായിക്കുമെന്നാണ്‌ പ്രതീക്ഷ.

ഒരു മില്ലിമീറ്റര്‍ എന്നത്‌ പത്തുലക്ഷം നാനോമീറ്ററിന്‌ തുല്യമാണ്‌. അത്ര സൂക്ഷ്‌മതലത്തിലാണ്‌ നാനോസങ്കേതങ്ങള്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുക. മനുഷ്യന്റെ തലമുടിയുടെ കനം എണ്‍പതിനായിരം നാനോമീറ്റര്‍ വരുമെന്നാണ്‌ കണക്ക്‌. തലമുടി നാരിന്റെ 267-ലൊരു ഭാഗം മാത്രം കനംവരുന്ന സിലിക്കന്‍ നാരുകളെയാണ്‌ സോളാര്‍ ബാറ്ററികളായി രൂപപ്പെടുത്താന്‍ ഗവേഷകര്‍ക്ക്‌ സാധിച്ചത്‌. ക്രിസ്‌റ്റല്‍രൂപത്തിലുള്ള സിലിക്കണ്‍ കാമ്പും (core) അതിന്‌ ചുറ്റും വ്യത്യസ്‌ത ഇലക്ട്രോണിക്‌ സ്വഭാവമുള്ള സിലിക്കണ്‍ പാളികളും ഉള്‍പ്പെട്ട രൂപഘടനയാണ്‌ നാനോസെല്ലുകളുടേത്‌. സാധാരണ സോളാര്‍ സെല്ലുകളില്‍ അര്‍ധചാലക പാളികളാണ്‌ സൂര്യപ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യുകയും, ഉല്‍സര്‍ജിക്കപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളെ തടഞ്ഞുനിര്‍ത്തി വൈദ്യുതപ്രവാഹം സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നത്‌. അത്തരം അര്‍ധചാലക പാളികളുടെ അതേ ധര്‍മമാണ്‌ സോളാര്‍ സെല്ലിലെ സൂക്ഷ്‌മ സിലിക്കണ്‍പാളികള്‍ നിര്‍വഹിക്കുക.

നാനോനാരുകളെ സെന്‍സറുകളും ട്രാന്‍സിസ്‌റ്ററുകളുമാക്കി മാറ്റാമെന്ന്‌ കണ്ടെത്തിയിട്ടുള്ള ഹാര്‍വാഡ്‌ രസതന്ത്ര പ്രൊഫസര്‍ ചാള്‍സ്‌ ലീബെര്‍ ആണ്‌, അത്തരം നാരുകളെ സോളാര്‍ ബാറ്ററിയായും രൂപപ്പെടുത്താമെന്ന്‌ തെളിയിച്ചത്‌. ഇത്തരം നാനോ ബാറ്ററിയുപയോഗിച്ച്‌, മുമ്പ്‌ താന്‍ രൂപപ്പെടുത്തിയ രണ്ട്‌ നാനോ ഉപകരണങ്ങളെ (ഒരു പി.എച്ച്‌.സെന്‍സറും ഒരു ട്രാന്‍സിസ്‌റ്റര്‍ സെറ്റും) പ്രവര്‍ത്തിപ്പിക്കാന്‍ ലീബെറിന്‌ കഴിഞ്ഞു. ഒറ്റ സിലിക്കണ്‍ നാരുപയോഗിച്ച്‌ സോളാര്‍ വൈദ്യുതിയുണ്ടാക്കാം എന്നതിന്റെ ആദ്യ ഉദാഹരണമാണിത്‌-'ജോര്‍ജിയ ടെകി'ലെ മെറ്റീരിയല്‍സ്‌ സയന്‍സ്‌ ആന്‍ഡ്‌ എഞ്ചിനിയറിങ്‌ പ്രൊഫസറായ ഷോങ്‌ ലിന്‍ വാങ്‌ പറയുന്നു. നാനോടെക്‌നോളജി രംഗത്ത്‌ തീര്‍ച്ചയായും വഴിത്തിരിവായേക്കാവുന്ന ഗവേഷണമാണിതെന്നും അദ്ദേഹം വിലയിരുത്തുന്നു.

നാനോടെക്‌നോളജിയില്‍ വലിപ്പക്കുറവാണ്‌ പ്രധാനം. ഉപകരണങ്ങള്‍ക്കും സങ്കേതങ്ങള്‍ക്കും സങ്കല്‍പ്പിക്കാന്‍ കഴിയുന്നതിലും വലിപ്പം കുറയുന്ന അവസ്ഥ. നാനോ റോബോട്ടുകളും സെന്‍സറുകളും പോലുള്ള തീരെച്ചെറിയ ഉപകരണങ്ങള്‍ക്ക്‌ പരമ്പരാഗത മാര്‍ഗങ്ങളിലൂടെ വൈദ്യുതി നല്‍കുക പ്രായോഗികമല്ല. അതിന്‌ നാനോതലത്തില്‍ തന്നെ വൈദ്യുതി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കാന്‍ കഴിയണം. പ്രൊഫ. ലീബെറിന്റെ കണ്ടെത്തല്‍ അത്തരമൊരു സാധ്യതയാണ്‌ മുന്നോട്ടു വെയ്‌ക്കുന്നതെന്ന്‌, 'ഐ.ബി.എം.റിസര്‍ച്ചി'ലെ ഫെലോ ആയ ഫായെദോന്‍ അവൗറിസ്‌ പറയുന്നു. സ്വതന്ത്ര നാനോസംവിധാനങ്ങള്‍ സാധ്യമാകണമെങ്കില്‍, അതിന്‌ പ്ലഗ്ഗില്‍ നിന്ന്‌ വൈദ്യുതി നല്‍കുന്ന പരമ്പരാഗത മാര്‍ഗം പ്രായോഗികമാവില്ല. പകരം നാനോ സോളാര്‍ ബാറ്ററികള്‍ പോലുള്ളവ കൂടിയേ തീരൂ എന്നാണ്‌ അദ്ദേഹത്തിന്റെ അഭിപ്രായം.

സൂക്ഷ്‌മയന്ത്രങ്ങള്‍ പ്രവര്‍ത്തിപ്പിക്കാന്‍ മാത്രമാവില്ല ഇത്തരം നാനോ സോളാര്‍സെല്ലുകള്‍ ഭാവിയില്‍ പ്രയോജനപ്പെടുക. ഇത്തരം സൂക്ഷ്‌മനാരുകളുടെ നിരകളെ, കൂടുതല്‍ സൂര്യപ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യത്തക്കവിധം കറ്റകളാക്കി രൂപപ്പെടുത്തി വന്‍തോതില്‍ വൈദ്യുതി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കാനും കഴിഞ്ഞേക്കും. സൗരവൈദ്യുതി ഉത്‌പാദനത്തിനായി കെട്ടിടങ്ങളുടെ മുകളിലും മറ്റും വന്‍വിലയുള്ള സൗരോര്‍ജ പാനലുകളാണ്‌ ഇപ്പോള്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നത്‌. അവയ്‌ക്കു പകരം ഇത്തരം നാനോനാര്‌ കറ്റകള്‍ ഉപയോഗിച്ച്‌ ലാഭകരമായി വൈദ്യുതി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞേക്കും. നാനോ സൗരസെല്ലുകള്‍ വഴി, സൗരവൈദ്യുതിയുടെ ചെലവ്‌ വന്‍തോതില്‍ കുറയ്‌ക്കാനാകുമെന്ന്‌ 'കാലിഫോര്‍ണിയ ഇന്‍സ്‌റ്റിട്ട്യൂട്ട്‌ ഓഫ്‌ ടെക്‌നോളജി' (Caltech) യിലെ ഗവേഷകരായ നാഥാന്‍ ലൂയിസും ഹാരി അറ്റ്‌വാട്ടറും മുമ്പുതന്നെ നിര്‍ദ്ദേശിച്ചിരുന്നു. പരമ്പരാഗത സോളാര്‍ പാനലുകള്‍ക്ക്‌ പകരം, ചെലവു കുറഞ്ഞ വസ്‌തുക്കള്‍ ഉപയോഗിച്ച്‌ (ചിലപ്പോള്‍ തുരുമ്പില്‍ നിന്നു പോലും) സോളാര്‍ സെല്ലുകള്‍ രൂപപ്പെടുത്താം എന്നതാണ്‌ ഇതിന്‌ കാരണമായി അവര്‍ ചൂണ്ടിക്കാട്ടിയത്‌.

സോളാര്‍ സെല്ലുകള്‍ രണ്ടുകാര്യങ്ങളില്‍ മികവുറ്റതായാലേ, അതില്‍നിന്ന്‌ വേണ്ട വിധം വൈദ്യുതി ലഭിക്കൂ. പ്രകാശത്തെ ആഗിരണം ചെയ്യാന്‍ ശേഷിയുണ്ടാകണം എന്നതാണ്‌ ഒന്നാമത്തെ കാര്യം. സോളാര്‍സെല്ലുകളില്‍ അതിന്‌ പാകത്തിലുള്ള പ്രകാശസംവേദകത്വമുള്ള ഒരു പാളി കൂടിയേ തീരൂ. പ്രകാശകണങ്ങളായ ഫോട്ടോണുകള്‍ പതിക്കുമ്പോള്‍ തെറിച്ചുമാറുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളെ ശേഖരിച്ച്‌ വൈദ്യുത പ്രവാഹം സൃഷ്ടിക്കാന്‍ പാകത്തില്‍ മറ്റൊരു പാളി വേണം. കനംകൂടിയ പാളിയില്‍ എന്തെങ്കിലും മാലിന്യമോ വൈകല്യമോ ഉണ്ടെങ്കില്‍, ഇലക്ട്രോണുകള്‍ അവിടെ കുടുങ്ങും. അസാധാരണമാം വിധം നേര്‍ത്ത പാളിയല്ല അതെങ്കിലും ഇലക്ട്രോണുകള്‍ കുടുങ്ങിപ്പോകാന്‍ സാധ്യതയുണ്ട്‌. എന്നാല്‍, അത്രയ്‌ക്കു നേര്‍ത്തപാളി സാധാരണ സോളാര്‍ സെല്ലുകളില്‍ പ്രായോഗികമാവില്ല. അതിനാല്‍, അങ്ങേയറ്റം സംശുദ്ധമായ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ ഉപയോഗിച്ച്‌ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ നഷ്ടം ഒഴിവാക്കുകയാണ്‌ ഇപ്പോള്‍ ചെയ്യുന്നത്‌. അത്തരം പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ക്ക്‌ വലിയ വിലയാകും. ഇപ്പോള്‍ വിപണിയില്‍ ലഭ്യമായ സോളാര്‍സെല്ലുകള്‍ക്ക്‌ വലിയ വില നല്‍കേണ്ടി വരുന്നത്‌ അതുകൊണ്ടാണ്‌.

ഈ പ്രശ്‌നത്തിന്‌ നാനോനാരുകള്‍ പരിഹാരം നല്‍കുന്നു. നീളമനുസരിച്ച്‌ പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യാന്‍ അവയ്‌ക്കാകും. അതേസമയം, നാനോനാരില്‍ സൂക്ഷ്‌മപാളികളിലെ ചെറുദൂരങ്ങള്‍ മാത്രമേ ഇലക്ട്രോണുകള്‍ക്ക്‌ താണ്ടേണ്ടതായുള്ളു. നാരുകളിലെ സിലിക്കണ്‍പാളികള്‍ അത്രമേല്‍ നേര്‍ത്തതാകയാല്‍, മാലിന്യമോ മറ്റെന്തെങ്കിലും വൈകല്യമോ മൂലം ഇലക്ട്രോണുകള്‍ കുടുങ്ങിപ്പോവുക അസാധ്യം. അതിനാല്‍, ചെലവു കുറഞ്ഞ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍കൊണ്ട്‌ നാനാ സോളാര്‍സെല്ലുകള്‍ യാഥാര്‍ഥ്യമാക്കാന്‍ കഴിയും. സൂര്യപ്രകാശത്തില്‍ നിന്ന്‌ ഇങ്ങനെ വൈദ്യുതിയുണ്ടാക്കാമെന്ന്‌ തെളിയിക്കുമ്പോള്‍ തന്നെ, ലീബെര്‍ക്കു മുന്നില്‍ ഇനിയും വെല്ലുവിളികള്‍ അവശേഷിക്കുന്നു. പരിമിത എണ്ണം നാനോസോളാര്‍ സെല്ലുകള്‍ മാത്രമേ ലീബെര്‍ പരീക്ഷിച്ചിട്ടുള്ളു. നാനോനാരുകള്‍ രാസമാര്‍ഗങ്ങളിലൂടെ വലിയ കറ്റകളായി വളര്‍ത്തിയെടുത്താലേ, അവയ്‌ക്ക്‌ കൂടുതല്‍ പ്രയോഗക്ഷമതയുണ്ടാകൂ. അതിനുള്ള ശ്രമങ്ങള്‍ പ്രാഥമികഘട്ടത്തില്‍ മാത്രമാണ്‌ എത്തിയിട്ടുള്ളത്‌. ലീബെര്‍ ഉപയോഗിച്ചതുപോലെ വിവിധപാളികളുള്ള നാനോനാരുകളുടെ കറ്റകള്‍ വളര്‍ത്തിയെടുക്കുക എളുപ്പമാകില്ല എന്നതും പ്രശ്‌നമാണ്‌.

നാനോ സോളാര്‍ബാറ്ററികളുടെ ഏറ്റവും വലിയ പരിമിതി, അവയുടെ കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതോത്‌പാദന ക്ഷമതയാണ്‌. ലീബെര്‍ രൂപംനല്‍കിയവയ്‌ക്ക്‌, പതിക്കുന്നതില്‍ 3.4 ശതമാനം സൂര്യപ്രകാശം വൈദ്യുതിയാക്കാനേ ശേഷിയുള്ളു. നിലവില്‍ സിലിക്കണ്‍ സോളാര്‍പാനലുകള്‍ക്ക്‌ 20 ശതമാനമാണ്‌ ക്ഷമത. അതുമായി താരതമ്യം ചെയ്‌താല്‍, ലീബെര്‍ രൂപംനല്‍കിയ നാനോസെല്ലുകളുടെ ക്ഷമത അത്ര മോശമല്ല. കാരണം, അവ വിലകുറഞ്ഞ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍കൊണ്ട്‌ നിര്‍മിക്കുന്നതാകയാല്‍, പത്തുശതമാനം ക്ഷമത സാധ്യമായാല്‍ പോലും ഇന്നത്തെ നിലയ്‌ക്ക്‌ ലാഭകരമാകും. കൂടുതല്‍ പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യത്തക്കവിധം നാനോനാരുകളുടെ കറ്റകള്‍ രൂപപ്പെടുത്താനും ഉയര്‍ന്ന വോള്‍ട്ടേജ്‌ ലഭ്യമാക്കാനുമാണ്‌ ഗവേഷകരുടെ ഇനിയുള്ള ശ്രമം.(കടപ്പാട്‌: ടെക്‌നോളജി റിവ്യു)

6 comments:

JA said...

വെറും 300 നാനോമീറ്റര്‍ മാത്രം കനമുള്ള നാരുകളെ, സൗരോര്‍ജ ബാറ്ററികളാക്കി മാറ്റാന്‍ മാര്‍ഗം തെളിഞ്ഞിരിക്കുന്നു. സൂര്യപ്രകാശത്തില്‍നിന്ന്‌ വൈദ്യുതി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കാനുള്ള ചെലവ്‌ കാര്യമായി കുറയ്‌ക്കാന്‍ പുതിയ മുന്നേറ്റം സഹായിക്കുമെന്നാണ്‌ പ്രതീക്ഷ.

മറ്റൊരാള്‍\GG said...

പുതിയ അറിവുകള്‍ പകര്‍ന്ന് തരുന്നതിന് നന്ദി.

തുടരുക..!

അങ്കിള്‍. said...

:)

പയ്യന്‍‌സ്‌ :: payyans said...

വളരെ വിഞ്ജാന പ്രദം. ഊര്‍ജ്ജ പ്രതിസന്ധിയുടെ ഈ കാലത്ത് ഇങ്ങനത്തെ പ്രതീഷകള്‍ വളരെ സന്തോഷം നല്കുന്നു.
:)

Adutha veettile chekkan said...

താങ്കളുടെ ശാസ്ത്ര ലേഖനങ്ങള്‍ പലതും വിദേശ മാഗസിനുകളില്‍ നിന്നു പരിഭാഷപ്പെടുത്തിയതു ആണല്ലോ ?.താന്കള്‍ അതിനു കടപ്പാടും രേഖപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട് . എനിക്ക് ചില ലാറ്റിന്‍ അമേരിക്കന്‍ കഥകള്‍ പരിഭാഷപ്പെടുത്തി ബ്ലോഗില്‍ ഇടാന്‍ താല്‍പ്പര്യം ഉണ്ട്. നിയമ പരമായി ഇതിന് തടസ്സം ഉണ്ടോ ? താങ്കള്‍ക്കു എതിരെ ഇതുവരെ ആരെങ്കിലും നടപടിക്ക് മുതിര്‍നിട്ടുണ്ടോ?

തമ്പിയളിയന്‍ said...

പലരും ലണ്ടനില്‍ നിന്നും ഗവേഷണം നടത്തി ഇയ്യിടെ എഴുതുന്നതിനുമുന്‍പ് അനന്തശ്രോണീയുടെ(infinite series) മാധവന്‍ എമ്പ്രാനേക്കുറിച്ചും മറ്റ് ഭാരതീയ ശസ്ത്രജ്ഞരേക്കുറിച്ചും എഴുതുന്ന ജോസഫ് മാഷിനുവേണ്ടീ ഞാന്‍ മറുപടി പറയാം ചെക്കാ:) അദ്ദേഹം, ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ publish ചെയ്തു കഴിഞ്ഞ്, റിപ്പോര്‍ട്ട് ചെയ്ത scientific work-നെ ബിബിലൊഗ്രഫി വെച്ചെഴുതുകയാണ്! ന്യൂട്ടനു മുന്‍പ് അനന്തശ്രോണി സാധാരണക്കാരനിലെത്തിയില്ല എന്നു പറഞ്ഞ മാഷിനെതിരെ ഒരു നടപടിയും വരില്ല! അതാണ് ബിബിലോഗ്രാഫി!

താങ്കള്‍ ഞാനാണെങ്കില്‍ ഞാന്‍ ഇന്ന ലാറ്റിന്‍ കഥ പരിഭാഷപ്പെടുത്തി ഇടുന്നു എന്നു പറഞ്ഞിടും. എന്നു കണ്ട് താങ്കള്‍ ഇടൂ എന്നു ഞാന്‍ പറഞ്ഞിട്ടില്ല, പറയുകയുമില്ല :)