Пераход да экалогіі: наступны крок да ўстойлівай і аднаўляльнай энергіі

Па меры хуткага прагрэсу ў тэхналагічным развіцці ў апошняе дзесяцігоддзе з'яўляецца ўсё больш ідэй і спробаў барацьбы з наступствамі змены клімату. Навукоўцы і прадстаўнікі прамысловасці, напрыклад, усё больш усведамляюць, што выкапнёвае паліва становіцца ўсё менш жыццяздольным, і таму спрабуюць знайсці розныя альтэрнатыўныя рашэнні для энергетыкі, якія з'яўляюцца адначасова больш устойлівымі і аднаўляльнымі. Такія намаганні - як вы можаце падумаць - ніколі не былі б лёгкім працэсам, але ў рэшце рэшт вынік таго варты. Дзве розныя групы паспяхова стварылі вынаходніцтва ў галіне стварэння энергіі, якое патэнцыйна можа змяніць жыццё, пра што вы можаце прачытаць падрабязна ніжэй.

У якасці дадатковай заўвагі, перш чым мы працягнем, важна мець на ўвазе, што ідэі ўстойлівай і аднаўляльнай энергіі - хаця яны і маюць некаторае падабенства - у сутнасці насамрэч адрозніваюцца адна ад адной. Устойлівая энергетыка - гэта любая форма энергіі, якую можна ствараць і выкарыстоўваць без негатыўнага ўздзеяння на будучыя пакаленні. З іншага боку, аднаўляльная энергія - гэта энергія, якая альбо не высільваецца пры выкарыстанні, альбо можа быць лёгка адноўлена пасля выкарыстання. Абодва тыпу з'яўляюцца экалагічна чыстымі, але ўстойлівая энергія можа быць цалкам выкарыстана, калі яна не захоўваецца і не кантралюецца належным чынам.

Ветраная ферма Google, якая працуе з паветранымі змеямі

Ад стваральніка самай папулярнай у свеце пошукавай сістэмы - новая крыніца ўстойлівай энергіі. З моманту набыцця Makani Power - стартапа, які займаецца даследаваннем энергіі ветру - у 2013 годзе, Google X працаваў над сваім найноўшым праектам з трапнай назвай Праект Макані. Праект Макані - гэта вялікі энергетычны паветраны змей даўжынёй 7.3 метра, які можа выпрацоўваць больш энергіі, чым звычайная ветравая турбіна. Астра Тэлер, кіраўнік Google X, лічыць, што «[калі] гэта будзе працаваць, як задумана, гэта значна паскорыць глабальны пераход да аднаўляльных крыніц энергіі».

Праект Макані складаецца з чатырох асноўных кампанентаў. Першы - паветраны змей, які падобны на самалёт і змяшчае 8 ротараў. Гэтыя ротары дапамагаюць паветранаму змею адарвацца ад зямлі і падняцца на яго аптымальную працоўную вышыню. На патрэбнай вышыні ротары адключаюцца, і супраціўленне, створанае ветрам, які рухаецца папярок ротараў, пачне выпрацоўваць энергію кручэння. Затым гэтая энергія пераўтворыцца ў электрычнасць. Паветраны змей ляціць канцэнтрычна з-за троса, які падтрымлівае сувязь з наземнай станцыяй.

Наступным кампанентам з'яўляецца ўласна трос. Акрамя простага ўтрымання паветранага змея на зямлі, трос таксама перадае выпрацаваную электрычнасць на наземную станцыю, адначасова перадаючы паветранаму змею інфармацыю аб сувязі. Трос зроблены з токаправоднага алюмініевага дроту, абгорнутага вугляродным валакном, што робіць яго гнуткім, але моцным.

Далей ідзе наземная станцыя. Ён дзейнічае адначасова як кропка прывязкі падчас палёту паветранага змея і месца адпачынку, калі паветраны змей не выкарыстоўваецца. Гэты кампанент таксама займае менш месца, чым звычайная ветравая турбіна, з'яўляючыся партатыўным, таму яго можна перамяшчаць з месца на месца, дзе вецер самы моцны.

Апошняя частка праекта Макані - гэта камп'ютэрная сістэма. Ён складаецца з GPS і іншых датчыкаў, якія падтрымліваюць паветранага змея па сваім шляху. Гэтыя датчыкі гарантуюць, што паветраны змей знаходзіцца ў раёнах з моцным і пастаянным ветрам.

Аптымальныя ўмовы для паветранага змея Макані ад Google X знаходзяцца на вышыні прыблізна ад 140 м (459.3 фута) да 310 м (1017.1 фута) над узроўнем зямлі і пры хуткасці ветру каля 11.5 м/с (37.7 фута/с) (хоць ён сапраўды можа пачаць генераваць магутнасць пры хуткасці ветру не менш за 4 м/с (13.1 фута/с)). Калі паветраны змей знаходзіцца ў гэтых аптымальных умовах, ён мае радыус акружэння 145 м (475.7 футаў).

Праект Makani прапануецца ў якасці замены звычайным ветраным турбінам, таму што ён больш практычны і можа дасягаць больш моцных вятроў, якія, як правіла, мацнейшыя і больш пастаянныя, чым тыя, што знаходзяцца бліжэй да ўзроўню зямлі. Хаця, на жаль у адрозненне ад звычайных ветравых турбін, яго нельга размяшчаць на месцах, блізкіх да дарог агульнага карыстання або ліній электраперадач, і трэба размяшчаць далей адзін ад аднаго, каб пазбегнуць сутыкнення паветраных змеяў.

Праект Makani быў упершыню выпрабаваны ў Пескадеро, штат Каліфорнія, вобласць, дзе вельмі непрадказальныя і неверагодна моцныя вятры. Google X прыйшоў вельмі падрыхтаваным і нават «хацеў», каб прынамсі пяць паветраных змеяў разбіліся падчас іх тэставання. Але за больш чым 100 зарэгістраваных гадзін палёту ім не ўдалося разбіць ніводнага паветранага змея, што, на думку Google, не зусім добра. Тэлер, напрыклад, прызнаў, што яны былі даволі «канфліктаваныя» вынікам, «Мы не хацелі, каб ён пацярпеў збой, але мы таксама адчуваем, што неяк пацярпелі няўдачу. Ёсць магія ў тым, што кожны верыць, што мы маглі пацярпець няўдачу, таму што мы не пацярпелі няўдачу». Гэта заўвага, магчыма, мела б большы сэнс, калі мы ўлічылі, што людзі, у тым ліку Google, сапраўды могуць навучыцца большаму на няўдачах і памылках.

Бактэрыі, якія ператвараюць сонечную энергію

Другое вынаходніцтва адбылося ў выніку супрацоўніцтва паміж факультэтам мастацтваў і навук Гарвардскага ўніверсітэта, Гарвардскай медыцынскай школай і Інстытутам біялагічна натхнёнай інжынерыі Уіса, што прывяло да таго, што называецца "бионический ліст". Гэта новае вынаходніцтва выкарыстоўвае раней выяўленыя тэхналогіі і ідэі, а таксама пару новых налад. Асноўная мэта біянічнага ліста - ператвараць вадарод і вуглякіслы газ у ізапрапанол з дапамогай сонечнай энергіі і бактэрый, якія называюцца Ральстонія эўтрофа – жаданы вынік, паколькі ізапрапанол можна выкарыстоўваць у якасці вадкага паліва гэтак жа, як і этанол.

Першапачаткова вынаходства адбылося дзякуючы поспеху Дэніэла Носеры з Гарвардскага універсітэта ў распрацоўцы кобальта-фасфатнага каталізатара, які выкарыстоўвае электрычнасць для расшчаплення вады на вадарод і кісларод. Але паколькі вадарод яшчэ не атрымаў папулярнасці ў якасці альтэрнатыўнага паліва, Nocera вырашыла аб'яднацца з Памэлай Сільвер і Джозэфам Тарэла з Гарвардскай медыцынскай школы, каб высветліць новы падыход.

У рэшце рэшт каманда прыйшла да вышэйзгаданай ідэі выкарыстоўваць генетычна мадыфікаваную версію Ральстонія эўтрофа які можа ператвараць вадарод і вуглякіслы газ у ізапрапанол. У ходзе даследавання было таксама выяўлена, што розныя віды бактэрый таксама могуць быць выкарыстаны для стварэння іншых разнастайных прадуктаў, уключаючы фармацэўтычныя прэпараты.

Пасля гэтага Nocera і Silver здолелі пабудаваць біярэактар ​​з новым каталізатарам, бактэрыямі і сонечнымі элементамі для вытворчасці вадкага паліва. Каталізатар можа расшчапіць любую ваду, нават калі яна моцна забруджаная; бактэрыі могуць выкарыстоўваць адходы ад спажывання выкапнёвага паліва; і сонечныя элементы атрымліваюць пастаянны паток энергіі, пакуль ёсць сонца. У сукупнасці атрымліваецца больш экалагічна чыстая форма паліва, якая выклікае мала парніковых газаў.

Так як гэта вынаходніцтва працуе на самай справе даволі проста. Па-першае, навукоўцы павінны пераканацца, што асяроддзе ў біярэактары не змяшчае пажыўных рэчываў, якія бактэрыі могуць спажываць для вытворчасці непажаданых прадуктаў. Пасля ўстанаўлення гэтай умовы сонечныя батарэі і каталізатар могуць пачаць расшчапляць ваду на вадарод і кісларод. Затым слоік перамешваюць, каб бактэрыі выйшлі з нармальнай стадыі росту. Гэта прымушае бактэрыі харчавацца нядаўна атрыманым вадародам, і, нарэшце, ізапрапанол вылучаецца ў якасці адходаў бактэрый.

Пра іх праект і іншыя тыпы ўстойлівых рэсурсаў Тарэла сказаў наступнае: «Нафта і газ не з'яўляюцца ўстойлівымі крыніцамі паліва, пластыка, угнаенняў або мноства іншых хімічных рэчываў, якія вырабляюцца з іх дапамогай. Наступным найлепшым адказам пасля нафты і газу з'яўляецца біялогія, якая ў глабальных лічбах вырабляе[ы] ў 100 разоў больш вугляроду ў год праз фотасінтэз, чым людзі спажываюць з нафты».