به گزارش «خبرنامه دانشجویان ایران»؛ در دنیایی که پایداری انرژی و اعتماد داده به دغدغه‌ای جهانی تبدیل شده است، مقاله‌ی «A Sustainability Assessment of a Blockchain-Secured Solar Energy Logger for Edge IoT Environments» اثر Javad Vasheghani Farahani و Prof. Horst Treiblmaier از دانشگاه مدول وین، گامی علمی و کاربردی در جهت حل یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های فناوری‌های تجدیدپذیر است:
چگونه می‌توان داده‌های انرژی خورشیدی را به‌گونه‌ای ثبت کرد که قابل اعتماد، تغییرناپذیر و شفاف باشند، بی‌آنکه سیستم انرژی را سنگین و غیرپایدار کنند؟
در این مقاله، نویسندگان با طراحی و آزمایش یک ثبت‌کننده‌ی انرژی خورشیدی امن‌شده با بلاک‌چین (Blockchain-Secured Solar Energy Logger) نشان داده‌اند که استفاده از بلاک‌چین نه‌تنها با اصول پایداری تضادی ندارد، بلکه می‌تواند خود به ابزار تقویت‌کننده‌ی شفافیت و کارایی تبدیل شود.
هدف تحقیق
هدف اصلی پژوهش، طراحی و ارزیابی یک چارچوب قابل اجرا در دستگاه‌های لبه‌ای (Edge IoT) است که داده‌های تولید انرژی خورشیدی را با امنیت رمزنگاری و قابلیت تأیید بلاک‌چینی ثبت کند. این چارچوب باید هم سبک، هم مقیاس‌پذیر و هم از نظر انرژی پایدار باشد.
در واقع، Farahani و Treiblmaier می‌خواستند نشان دهند که می‌توان از بلاک‌چین برای انرژی استفاده کرد بدون آنکه بلاک‌چین خود به منبع مصرف اضافی تبدیل شود.
رویکرد پژوهش: طراحی علمی (Design Science Research)
این پژوهش از متدولوژی تحقیق علوم طراحی (Design Science Research) پیروی می‌کند. در این روش، پژوهشگر نه‌تنها پدیده‌ای را تحلیل می‌کند، بلکه دست به طراحی و آزمایش راه‌حل نیز می‌زند.
مراحل تحقیق شامل موارد زیر بود:
- شناسایی مسأله: نبود ثبت شفاف و قابل اعتماد داده‌های انرژی در محیط‌های لبه.
- طراحی مصنوع (Artifact): توسعه‌ی سیستم ثبت مبتنی بر بلاک‌چین.
- پیاده‌سازی و آزمایش واقعی: با استفاده از Raspberry Pi 4 و حسگر INA219.
- ارزیابی عملکرد، کارایی و پایداری.
این روش، پژوهش را از سطح نظری فراتر برده و به سطح آزمایش تجربی در محیط واقعی رسانده است.
پیاده‌سازی فنی
در آزمایش، یک سیستم کامل ساخته شد:
- سخت‌افزار: Raspberry Pi 4 (4 GB) + سنسور INA219 + پنل خورشیدی 6 V + باتری 18650.
- نرم‌افزار: پایتون برای پردازش داده‌ها و Web3 .py برای اتصال به شبکه Ethereum Sepolia.
- رمزنگاری: هر بسته داده با SHA-256 هش شد.
- تجمیع داده‌ها: با Merkle Tree به منظور کاهش تراکنش‌ها و هزینه گس.
- ثبت نهایی: ارسال هش‌ها به قرارداد هوشمند (Smart Contract) در Ethereum Sepolia.
این سیستم به‌صورت پیوسته در مدت ۶ روز فعال بود و بیش از ۱۰ هزار ثبت انرژی خورشیدی را با موفقیت ذخیره و تأیید کرد.
نتایج و یافته‌های کلیدی
۱. پایداری انرژی و کارایی محاسباتی
نتایج نشان دادند که بلاک‌چین، در صورت استفاده‌ی هوشمندانه، می‌تواند حداقل مصرف انرژی ممکن را داشته باشد.
- مصرف CPU : ۰٫۰۱ ٪
- حافظه RAM : ۱۰۰ MB
- افزایش دما : کمتر از ۴۴ C
- تأخیر تراکنش : کمتر از ۱ ثانیه
این اعداد ثابت می‌کنند که بلاک‌چین می‌تواند در محیط‌های کم‌منبع (low-resource) نیز پایدار و مؤثر باشد.
۲. امنیت و تمامیت داده (Data Integrity)
هر رکورد انرژی دارای هش یکتا بود که در Merkle Root تجمیع و سپس در بلاک‌چین ثبت می‌شد. هرگونه دستکاری داده‌ها باعث شکست اعتبارسنجی می‌شد. بدین‌ترتیب، سیستم توانست «زنجیره اعتماد» را از دستگاه تا بلاک‌چین حفظ کند.
۳. ارزیابی پایداری زیست‌محیطی
در تحلیل ملی فرضی (۲۵۰ هزار سیستم PV در اتریش):
- مصرف انرژی کل سیستم بلاک‌چینی تنها ۰٫۰۰۰۶۳ ٪ از کل انرژی تولیدی سالانه بود.
- انتشار CO₂ برآوردشده ≈ ۵٫۲ تن در سال (ناچیز نسبت به ۲۰ میلیون تن صرفه‌جویی کل).
این نشان می‌دهد که برخلاف تصور عمومی، بلاک‌چین می‌تواند سبز باشد؛ اگر طراحی و پیاده‌سازی آن مبتنی بر بهینه‌سازی انرژی باشد.
۴. مقایسه با سیستم‌های سنتی
در مقایسه با سیستم‌های local-only و cloud-based، سامانه پیشنهادی:
- امنیت بالاتری ارائه داد،
- در برابر قطع ارتباط مقاوم‌تر بود،
- و شفافیت و قابلیت حسابرسی بیشتری داشت.
این مدل می‌تواند به‌عنوان زیرساختی برای صدور خودکار گواهی انرژی تجدیدپذیر (REC) یا گزارش‌های ESG مورد استفاده قرار گیرد.
اهمیت پژوهش در مقیاس بین‌المللی
تحقیق Farahani و Treiblmaier، فراتر از یک پروژه فنی، گامی در جهت تغییر نگرش نسبت به فناوری بلاک‌چین است.
در بسیاری از کشورها، بلاک‌چین به‌دلیل انرژی‌بر بودن مورد انتقاد است، اما این مقاله نشان می‌دهد که با طراحی هوشمند، لایه‌بندی داده‌ها، و ترکیب با IoT لبه، می‌توان به مدلی رسید که هم قابل اعتماد است و هم پایدار.
این پژوهش در فصلنامه‌ی MDPI Sustainability (جلد ۱۷، شماره ۱۷، ۸۰۶۳) منتشر شده و در جامعه‌ی علمی به‌عنوان نمونه‌ای از طراحی مسئولانه در حوزه بلاک‌چین شناخته می‌شود.
کاربردهای بالقوه
- بازارهای انرژی P2P: امکان ثبت و تبادل داده بین خانه‌های خورشیدی.
- پاسپورت دیجیتال انرژی: ایجاد سوابق پایدار از تولید و مصرف انرژی.
- مدیریت گواهی کربن: ثبت غیرقابل‌دستکاری تراکنش‌های کربن.
- اتوماسیون سیاست‌های پایداری در اتحادیه اروپا: هم‌راستا با مقررات ESPR و EU Battery Regulation.
پیامدهای نظری
از دیدگاه نظری، این پژوهش مدلی از ادغام فناوری‌های هم‌گرا (Convergent Technologies) ارائه می‌دهد — یعنی ترکیب بلاک‌چین، IoT لبه، و تحلیل پایداری در یک سامانه‌ی واحد.
این الگو می‌تواند مبنای شکل‌گیری «زیرساخت‌های اعتماد دیجیتال» در بخش انرژی باشد، که برای آینده‌ی اقتصاد کربن پایین حیاتی است.
دعوت به همکاری علمی
پژوهشگران، متخصصان بلاک‌چین، مهندسان انرژی و طراحان سیستم‌های IoT می‌توانند در ادامه‌ی این مسیر علمی نقش فعالی داشته باشند.
اگر شما به موضوعاتی چون:
- بلاک‌چین و انرژی‌های تجدیدپذیر،
- پایداری دیجیتال و گزارش‌دهی ESG،
- IoT لبه و ثبت داده‌های هوشمند،
- یا Web3 UX و طراحی سیستم‌های انسان-محور،
علاقه دارید،
می‌توانید برای همکاری پژوهشی، تبادل داده یا پروژه مشترک، با Javad Vasheghani Farahani (Jay Hani) تماس بگیرید.
جمع‌بندی
مقاله‌ی «A Sustainability Assessment of a Blockchain-Secured Solar Energy Logger for Edge IoT Environments» نه‌تنها یک دستاورد فنی، بلکه نمونه‌ای از پژوهش مسئولانه در عصر دیجیتال است.
- بلاک‌چین می‌تواند امن، سبز و کارآمد باشد.
- طراحی علمی و داده‌محور می‌تواند اعتماد و شفافیت انرژی را تضمین کند.
- Javad Vasheghani Farahani با رویکردی میان‌رشته‌ای، مسیر جدیدی در پژوهش بلاک‌چین پایدار گشوده است.