التحول إلى البيئة الخضراء: الخطوة التالية في مجال الطاقة المستدامة والمتجددة

نظرًا لتقدمنا ​​السريع في التطورات التكنولوجية في العقد الماضي ، بدأت تظهر المزيد والمزيد من الأفكار والمحاولات لمكافحة آثار تغير المناخ. على سبيل المثال ، أصبح الأكاديميون والصناعات يدركون بشكل متزايد أن الوقود الأحفوري أصبح أقل قابلية للتطبيق ، وبالتالي حاولوا التوصل إلى حلول مختلفة للطاقة البديلة تكون أكثر استدامة ومتجددة. مثل هذا الجهد - كما تعتقد - لم يكن أبدًا عملية سهلة ، لكن النتيجة تستحق العناء في النهاية. نجحت مجموعتان مختلفتان في إنشاء اختراع من المحتمل أن يغير الحياة فيما يتعلق بتوليد الطاقة ، والذي يمكنك قراءته بالتفصيل أدناه.

كملاحظة جانبية ، قبل المضي قدمًا ، من المهم أن نضع في اعتبارنا أن أفكار الطاقة المستدامة والمتجددة - في حين أنها تشترك في بعض أوجه التشابه - في النوى تختلف في الواقع عن بعضها البعض. الطاقة المستدامة هي أي شكل من أشكال الطاقة التي يمكن إنشاؤها واستخدامها دون التأثير سلبًا على الأجيال القادمة. من ناحية أخرى ، الطاقة المتجددة هي الطاقة التي إما لا تنضب عند استخدامها أو يمكن تجديدها بسهولة بعد استخدامها. كلا النوعين صديقان للبيئة ، ولكن يمكن استخدام الطاقة المستدامة بالكامل إذا لم يتم الحفاظ عليها أو مراقبتها بشكل صحيح.

مزرعة الرياح التي تعمل بالطاقة الورقية من Google

من مبتكر محرك البحث الأكثر شهرة في العالم يأتي مصدرًا جديدًا للطاقة المستدامة. منذ شراء Makani Power - وهي شركة ناشئة مكرسة للبحث عن طاقة الرياح - في عام 2013 ، عملت Google X على أحدث مشروع لها يحمل اسمًا مناسبًا مشروع مكاني. مشروع مكاني هو طائرة ورقية كبيرة تعمل بالطاقة بطول 7.3 متر ويمكن أن تولد طاقة أكثر من توربينات الرياح العادية. يعتقد Astro Teller ، رئيس Google X ، أنه "[إذا] يعمل هذا كما هو مُصمم ، فسيؤدي إلى تسريع الانتقال العالمي إلى الطاقة المتجددة بشكل هادف."

هناك أربعة مكونات رئيسية لمشروع مكاني. الأولى هي الطائرة الورقية التي تشبه الطائرة في مظهرها وتضم 8 دوارات. تساعد هذه الدوارات في رفع الطائرة الورقية عن الأرض والوصول إلى ارتفاع التشغيل الأمثل. عند الارتفاع الصحيح ، ستغلق الدوارات ، وسيبدأ السحب الناتج عن الرياح التي تتحرك عبر الدوارات في توليد طاقة دورانية. ثم يتم تحويل هذه الطاقة إلى كهرباء. تطير الطائرة الورقية متحدة المركز بسبب الحبل الذي يبقيها متصلة بالمحطة الأرضية.

المكون التالي هو الحبل نفسه. بصرف النظر عن مجرد تثبيت الطائرة الورقية على الأرض ، ينقل الحبل أيضًا الكهرباء المولدة إلى المحطة الأرضية ، بينما ينقل في نفس الوقت معلومات الاتصال إلى الطائرة الورقية. الحبل مصنوع من سلك ألومنيوم موصل ملفوف بألياف الكربون ، مما يجعله مرنًا وقويًا.

بعد ذلك تأتي المحطة الأرضية. تعمل كنقطة ربط أثناء رحلة الطائرة الورقية ومكان الراحة عندما لا تكون الطائرة الورقية قيد الاستخدام. يشغل هذا المكون أيضًا مساحة أقل من توربينات الرياح التقليدية أثناء حمله ، لذلك يمكنه الانتقال من موقع إلى آخر حيث تكون الرياح أقوى.

الجزء الأخير من مشروع مكاني هو نظام الكمبيوتر. يتكون هذا من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وأجهزة استشعار أخرى تجعل الطائرة الورقية تسير في مسارها. تضمن هذه المستشعرات أن الطائرة الورقية في مناطق بها رياح قوية ومستمرة.

الظروف المثلى لطائرة ماكاني Google X هي على ارتفاعات تتراوح بين 140 مترًا (459.3 قدمًا) و 310 مترًا (1017.1 قدمًا) فوق مستوى سطح الأرض وبسرعة رياح تبلغ حوالي 11.5 مترًا / ثانية (37.7 قدمًا / ثانية) (على الرغم من أنها يمكن أن تبدأ بالفعل في التوليد) الطاقة عندما تكون سرعة الرياح 4 م / ث (13.1 قدم / ث) على الأقل). عندما تكون الطائرة الورقية في هذه الظروف المثالية ، يبلغ نصف قطرها الدائري 145 مترًا (475.7 قدمًا).

يُقترح مشروع مكاني كبديل لتوربينات الرياح التقليدية لأنه أكثر عملية ويمكن أيضًا أن يصل إلى رياح أعلى ، والتي تكون بشكل عام أقوى وأكثر ثباتًا من تلك الأقرب من مستوى الأرض. وإن كان للأسف على عكس توربينات الرياح التقليدية، لا يمكن وضعها في مناطق قريبة من الطرق العامة أو خطوط الكهرباء ، ويجب وضعها بعيدًا عن بعضها البعض لتجنب الاصطدام بين الطائرات الورقية.

تم اختبار مشروع مكاني لأول مرة في بيسكاديرو ، كاليفورنيا، وهي منطقة بها رياح قوية لا يمكن التنبؤ بها بشكل لا يصدق. جاء Google X في حالة استعداد تام ، وحتى "أراد" ما لا يقل عن خمس طائرات ورقية لتحطمها أثناء الاختبار. لكن في أكثر من 100 ساعة طيران مسجلة ، فشلوا في تحطم طائرة ورقية واحدة ، والتي اعتقدت Google أنها ليست شيئًا جيدًا تمامًا. اعترف تيلر ، على سبيل المثال ، أنه "يتعارض" مع النتيجة ، "لم نرغب في رؤيتها تتحطم ، لكننا نشعر أيضًا أننا فشلنا بطريقة ما. هناك سحر في اعتقاد الجميع أننا ربما نكون قد فشلنا لأننا لم نفشل ". قد تكون هذه الملاحظة أكثر منطقية إذا اعتبرنا أن الأشخاص ، بما في ذلك Google ، يمكنهم بالفعل تعلم المزيد من الفشل وارتكاب الأخطاء.

البكتيريا المحولة للطاقة الشمسية

يأتي الاختراع الثاني من التعاون بين كلية الآداب والعلوم بجامعة هارفارد ، وكلية الطب بجامعة هارفارد ، ومعهد ويس للهندسة المستوحاة بيولوجيًا ، مما أدى إلى ما يسمى "ورقة الكترونية". يستخدم هذا الاختراع الجديد تقنيات وأفكارًا تم اكتشافها سابقًا ، جنبًا إلى جنب مع بعض التعديلات الجديدة. الغرض الرئيسي من الورقة الإلكترونية هو تحويل الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون إلى أيزوبروبانول بمساعدة الطاقة الشمسية وبكتيريا تسمى رالستونيا eutropha - نتيجة مرغوبة حيث يمكن استخدام الأيزوبروبانول كوقود سائل مثل الإيثانول.

في البداية ، نشأ الاختراع من نجاح دانيال نوسيرا من جامعة هارفارد في تطوير محفز الكوبالت والفوسفات الذي يستخدم الكهرباء لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. ولكن نظرًا لأن الهيدروجين لم يستخدم بعد كوقود بديل ، فقد قررت Nocera التعاون مع باميلا سيلفر وجوزيف توريلا من كلية الطب بجامعة هارفارد لاكتشاف نهج جديد.

في النهاية ، توصل الفريق إلى الفكرة المذكورة أعلاه لاستخدام نسخة معدلة وراثيًا من رالستونيا eutropha يمكنها تحويل الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون إلى أيزوبروبانول. أثناء البحث ، وجد أيضًا أنه يمكن أيضًا استخدام أنواع مختلفة من البكتيريا لإنشاء مجموعة متنوعة أخرى من المنتجات بما في ذلك المستحضرات الصيدلانية.

بعد ذلك ، تمكن Nocera و Silver بعد ذلك من بناء مفاعل حيوي كامل مع المحفز الجديد والبكتيريا والخلايا الشمسية لإنتاج الوقود السائل. يمكن للمحفز فصل أي ماء ، حتى لو كان شديد التلوث ؛ يمكن للبكتيريا استخدام النفايات من استهلاك الوقود الأحفوري ؛ وتتلقى الخلايا الشمسية دفقًا ثابتًا من الطاقة ما دامت الشمس موجودة. مجتمعة ، والنتيجة هي شكل أكثر اخضرارا من الوقود الذي يسبب القليل من غازات الدفيئة.

وبالتالي، كيف يعمل هذا الاختراع هو في الواقع بسيط جدًا. أولاً ، يحتاج العلماء إلى التأكد من أن البيئة في المفاعل الحيوي خالية من أي مغذيات يمكن أن تستهلكها البكتيريا لإنتاج منتجات غير مرغوب فيها. بعد إنشاء هذه الحالة ، يمكن أن تبدأ الخلايا الشمسية والمحفز بعد ذلك في تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. بعد ذلك ، يتم تحريك البرطمان لإثارة البكتيريا من مرحلة نموها الطبيعية. هذا يدفع البكتيريا إلى التغذي على الهيدروجين المنتج حديثًا ، وفي النهاية يتم إطلاق الأيزوبروبانول كنفايات من البكتيريا.

كان لدى Torella ما تقوله عن مشروعهم وأنواع أخرى من الموارد المستدامة ، "النفط والغاز ليسا مصادر مستدامة للوقود ، أو البلاستيك ، أو الأسمدة ، أو عدد لا يحصى من المواد الكيميائية الأخرى المنتجة معهم. أفضل إجابة تالية بعد النفط والغاز هي علم الأحياء ، الذي ينتج [ق] من الكربون سنويًا عن طريق التمثيل الضوئي 100 مرة أكثر مما يستهلكه البشر من النفط ".