Да станем зелени: Следващата стъпка в устойчивата и възобновяема енергия

Тъй като преживяваме бърз напредък в технологичното развитие през последното десетилетие, започват да се появяват все повече идеи и опити за борба с последиците от изменението на климата. Академиците и промишлеността, например, все повече осъзнават, че изкопаемите горива стават все по-малко жизнеспособни и по този начин се опитват да предложат различни алтернативни енергийни решения, които са едновременно по-устойчиви и възобновяеми. Подобно усилие – както може би си мислите – никога не би било лесен процес, но в крайна сметка резултатът си заслужава. Две различни групи успешно създадоха потенциално променящо живота изобретение по отношение на създаването на енергия, което можете да прочетете подробно по-долу.

Като странична бележка, преди да продължим, е важно да имате предвид, че идеите за устойчива и възобновяема енергия – макар да споделят някои прилики – в основата си всъщност се различават една от друга. Устойчивата енергия е всяка форма на енергия, която може да бъде създадена и използвана без отрицателно въздействие върху бъдещите поколения. От друга страна, възобновяемата енергия е енергия, която или не се изчерпва, когато се използва, или може лесно да се регенерира, след като се използва. И двата вида са екологични, но устойчивата енергия може да бъде напълно изразходвана, ако не се съхранява или наблюдава правилно.

Задвижван от хвърчила вятърен парк на Google

От създателя на най-популярната търсачка в света идва нов източник на устойчива енергия. След закупуването на Makani Power – стартираща компания, посветена на изследването на вятърната енергия – през 2013 г., Google X работи по най-новия си проект, подходящо наречен Проект Макани. Project Makani е голямо енергийно хвърчило с дължина 7.3 метра, което може да генерира повече енергия от обикновена вятърна турбина. Астро Телър, ръководител на Google X, вярва, че „[ако] това работи, както е проектирано, значително ще ускори глобалното преминаване към възобновяема енергия“.

Има четири основни компонента на Project Makani. Първият е хвърчилото, което прилича на самолет и разполага с 8 ротора. Тези ротори помагат на хвърчилото да се издигне от земята и да достигне оптималната работна височина. На правилната височина роторите ще се изключат и съпротивлението, създадено от ветровете, движещи се през роторите, ще започне да генерира ротационна енергия. След това тази енергия се преобразува в електричество. Хвърчилото лети концентрично поради връзката, която го поддържа свързано с наземната станция.

Следващият компонент е самата връзка. Освен че държи хвърчилото на земята, тетерът също прехвърля генерираното електричество към наземната станция, като в същото време предава комуникационна информация на хвърчилото. Връзката е направена от проводима алуминиева жица, обвита във въглеродни влакна, което я прави гъвкава, но здрава.

Следва наземната станция. Той действа както като точка за свързване по време на полета на хвърчилото, така и като място за почивка, когато хвърчилото не се използва. Този компонент също така заема по-малко място от конвенционалната вятърна турбина, докато е преносим, ​​така че може да се мести от място на място, където ветровете са най-силни.

Последната част от Project Makani е компютърната система. Състои се от GPS и други сензори, които поддържат хвърчилото да върви по пътя си. Тези сензори гарантират, че хвърчилото е в райони със силни и постоянни ветрове.

Оптималните условия за хвърчилото Makani на Google X са на надморска височина от приблизително между 140 m (459.3 ft) до 310 m (1017.1 ft) над нивото на земята и при скорост на вятъра около 11.5 m/s (37.7 ft/s) (въпреки че всъщност може да започне да генерира мощност, когато скоростта на вятъра е поне 4 m/s (13.1 ft/s)). Когато хвърчилото е в тези оптимални условия, то има радиус на обикаляне от 145 м (475.7 фута).

Проектът Макани се предлага като заместител на конвенционалните вятърни турбини, тъй като е по-практичен и може също да достигне по-високи ветрове, които обикновено са по-силни и по-постоянни от тези, които са по-близо до нивото на земята. Въпреки че за съжаление за разлика от конвенционалните вятърни турбини, не може да се поставя на места в близост до обществени пътища или електропроводи и трябва да се поставят по-далеч едно от друго, за да се избегне катастрофа между хвърчилата.

Проектът Makani е тестван за първи път в Пескадеро, Калифорния, област, която има много непредвидими и невероятно силни ветрове. Google X дойде много подготвен и дори „искаше“  най-малко пет хвърчила да се разбият при тестването им. Но за над 100 записани летателни часа те не успяха да разбият нито едно хвърчило, което според Google не е добре. Телър, например, призна, че са били доста „в конфликт“ с резултата, „Не искахме да го видим как се срива, но също така чувстваме, че по някакъв начин сме се провалили. Има магия във всеки, който вярва, че може да сме се провалили, защото не сме се провалили.” Тази забележка би имала повече смисъл, ако вземем предвид, че хората, включително Google, всъщност могат да научат повече от неуспехите и грешките.

Бактерии, преобразуващи слънчева енергия

Второто изобретение идва от сътрудничеството между Факултета по изкуства и науки на Харвардския университет, Харвардското медицинско училище и Института Wyss за биологично вдъхновено инженерство, което доведе до това, което се нарича "бионично листо". Това  ново изобретение използва открити по-рано технологии и идеи, заедно с няколко нови настройки. Основната цел на бионичното листо е да превърне водорода и въглеродния диоксид в изопропанол с помощта на слънчева енергия и бактерия, наречена Ralstonia eutropha – желан резултат, тъй като изопропанолът може да се използва като течно гориво подобно на етанола.

Първоначално изобретението произтича от успеха на Даниел Носера от Харвардския университет в разработването на кобалтово-фосфатен катализатор, който използва електричество, за да раздели водата на водород и кислород. Но тъй като водородът все още не се е наложил като алтернативно гориво, Nocera реши да се обедини с Памела Силвър и Джоузеф Торела от Медицинското училище в Харвард, за да измислят нов подход.

В крайна сметка екипът стигна до гореспоменатата идея да използва генетично модифицирана версия на Ralstonia eutropha които могат да трансформират водорода и въглеродния диоксид в изопропанол. По време на изследването беше установено също, че различни видове бактерии могат да се използват и за създаване на други разнообразни продукти, включително фармацевтични продукти.

След това Nocera и Silver успяха да конструират биореактор, пълен с новия катализатор, бактериите и слънчевите клетки за производство на течно гориво. Катализаторът може да раздели всяка вода, дори ако е силно замърсена; бактериите могат да използват отпадъците от потреблението на изкопаеми горива; и слънчевите клетки получават постоянен поток от енергия, докато има слънце. Всичко комбинирано, резултатът е по-екологична форма на гориво, което причинява малко парникови газове.

Така че, как работи това изобретение всъщност е доста просто. Първо, учените трябва да се уверят, че средата в биореактора е свободна от хранителни вещества, които бактериите могат да консумират, за да произведат нежелани продукти. След установяване на това условие слънчевите клетки и катализаторът могат да започнат да разделят водата на водород и кислород. След това бурканът се разбърква, за да се възбудят бактериите от нормалния им етап на растеж. Това кара бактериите да се хранят с новопроизведения водород и накрая изопропанолът се отделя като отпадък от бактериите.

Torella каза следното за техния проект и други видове устойчиви ресурси: „Нефтът и газът не са устойчиви източници на гориво, пластмаса, тор или безброй други химикали, произведени с тях. Следващият най-добър отговор след петрола и газа е биологията, която в световен мащаб произвежда[и] 100 пъти повече въглерод годишно чрез фотосинтеза, отколкото хората консумират от петрол.