Going green: Der nächste Schritt in Richtung nachhaltiger und erneuerbarer Energie

Da wir in den letzten zehn Jahren rasante technologische Entwicklungen erlebt haben, entstehen immer mehr Ideen und Versuche, die Auswirkungen des Klimawandels zu bekämpfen. Akademiker und Industrie haben sich beispielsweise zunehmend bewusst, dass fossile Brennstoffe immer weniger rentabel sind, und versuchten daher, verschiedene alternative Energielösungen zu entwickeln, die sowohl nachhaltiger als auch erneuerbar sind. Ein solcher Aufwand – wie Sie vielleicht denken – wäre niemals ein einfacher Prozess gewesen, aber das Ergebnis ist es am Ende wert. Zwei verschiedene Gruppen haben erfolgreich eine möglicherweise lebensverändernde Erfindung in Bezug auf die Energieerzeugung geschaffen, die Sie unten im Detail lesen können.

Als Randbemerkung, bevor wir fortfahren, ist es wichtig zu bedenken, dass die Ideen nachhaltiger und erneuerbarer Energie – obwohl sie einige Ähnlichkeiten aufweisen – im Kern tatsächlich voneinander verschieden sind. Nachhaltige Energie ist jede Form von Energie, die ohne negative Auswirkungen auf zukünftige Generationen erzeugt und genutzt werden kann. Andererseits ist erneuerbare Energie Energie, die entweder nicht verbraucht wird, wenn sie verwendet wird, oder die nach ihrer Verwendung leicht regeneriert werden kann. Beide Arten sind umweltfreundlich, aber nachhaltige Energie kann vollständig verbraucht werden, wenn sie nicht richtig eingespart oder überwacht wird.

Googles Kite Powered Wind Farm

Vom Schöpfer der weltweit beliebtesten Suchmaschine kommt eine neue Quelle nachhaltiger Energie. Seit dem Kauf von Makani Power – einem Start-up, das sich der Erforschung von Windkraft verschrieben hat – im Jahr 2013 hat Google X an seinem neuesten Projekt mit dem treffenden Namen gearbeitet Projekt Makani. Project Makani ist ein großer, 7.3 m langer Energiedrachen, der mehr Strom erzeugen kann als eine gewöhnliche Windkraftanlage. Astro Teller, Leiter von Google X, ist der Ansicht, dass „[wenn] dies wie geplant funktioniert, die weltweite Umstellung auf erneuerbare Energien erheblich beschleunigt werden würde“.

Es gibt vier Hauptkomponenten von Project Makani. Der erste ist der Drachen, der in seinem Aussehen einem Flugzeug ähnelt und 8 Rotoren beherbergt. Diese Rotoren helfen dabei, den Kite vom Boden abzuheben und auf seine optimale Betriebshöhe zu bringen. In der richtigen Höhe schalten sich die Rotoren ab und der Widerstand, der durch die Winde entsteht, die sich über die Rotoren bewegen, beginnt, Rotationsenergie zu erzeugen. Diese Energie wird dann in Strom umgewandelt. Der Drachen fliegt konzentrisch wegen der Leine, die ihn mit der Bodenstation verbunden hält.

Die nächste Komponente ist die Leine selbst. Abgesehen davon, dass der Kite nur am Boden gehalten wird, überträgt das Halteseil auch die erzeugte Elektrizität an die Bodenstation und leitet gleichzeitig Kommunikationsinformationen an den Kite weiter. Das Halteband besteht aus einem leitfähigen Aluminiumdraht, der mit Kohlefaser umwickelt ist, wodurch es flexibel und dennoch stark ist.

Als nächstes kommt die Bodenstation. Es fungiert sowohl als Haltepunkt während des Fluges des Kites als auch als Ruheplatz, wenn der Kite nicht verwendet wird. Diese Komponente nimmt auch weniger Platz ein als eine herkömmliche Windkraftanlage, ist aber tragbar, sodass sie von Ort zu Ort bewegt werden kann, an dem der Wind am stärksten ist.

Das letzte Stück des Projekts Makani ist das Computersystem. Diese besteht aus GPS und anderen Sensoren, die den Drachen auf seinem Weg halten. Diese Sensoren stellen sicher, dass sich der Kite in Gebieten mit starkem und konstantem Wind befindet.

Optimale Bedingungen für den Makani-Drachen von Google X liegen in Höhen zwischen etwa 140 m (459.3 ft) und 310 m (1017.1 ft) über dem Boden und bei Windgeschwindigkeiten von etwa 11.5 m/s (37.7 ft/s) (obwohl er tatsächlich anfangen kann zu erzeugen). Leistung bei Windgeschwindigkeiten von mindestens 4 m/s (13.1 ft/s)). Unter diesen optimalen Bedingungen hat der Kite einen Kreisradius von 145 m (475.7 ft).

Das Projekt Makani wird als Ersatz für herkömmliche Windkraftanlagen vorgeschlagen, da es praktischer ist und auch höhere Winde erreichen kann, die im Allgemeinen stärker und konstanter sind als diejenigen, die näher am Boden liegen. Obwohl leider Anders als herkömmliche Windkraftanlagen, es kann nicht in der Nähe von öffentlichen Straßen oder Stromleitungen platziert werden und muss weiter voneinander entfernt platziert werden, um einen Zusammenstoß zwischen den Drachen zu vermeiden.

Project Makani wurde erstmals in Pescadero, Kalifornien, getestet, ein Gebiet mit einigen sehr unvorhersehbaren und unglaublich starken Winden. Google X kam sehr gut vorbereitet und „wollte“ sogar, dass mindestens fünf Drachen bei ihren Tests abstürzen. Aber in über 100 protokollierten Flugstunden haben sie keinen einzigen Drachen zum Absturz gebracht, was Google nicht gerade für eine gute Sache hielt. Teller gab zum Beispiel zu, dass sie mit dem Ergebnis ziemlich „widersprüchlich“ waren, „Wir wollten es nicht abstürzen sehen, aber wir haben auch das Gefühl, dass wir irgendwie versagt haben. Es liegt Magie in jedem, der glaubt, dass wir vielleicht versagt haben, weil wir nicht versagt haben.“ Diese Bemerkung wäre möglicherweise sinnvoller, wenn wir bedenken, dass Menschen, einschließlich Google, tatsächlich mehr aus Fehlern und Fehlern lernen können.

Bakterien, die Sonnenenergie umwandeln

Die zweite Erfindung stammt aus einer Zusammenarbeit zwischen der Fakultät für Künste und Wissenschaften der Harvard University, der Harvard Medical School und dem Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, die zu dem geführt hat, was als The bezeichnet wird "bionisches Blatt". Diese neue Erfindung verwendet zuvor entdeckte Technologien und Ideen, zusammen mit ein paar neuen Optimierungen. Der Hauptzweck des bionischen Blattes besteht darin, Wasserstoff und Kohlendioxid mit Hilfe von Sonnenenergie und einem so genannten Bakterium in Isopropanol umzuwandeln Ralstonia eutropha – ein gewünschtes Ergebnis, da Isopropanol ähnlich wie Ethanol als flüssiger Kraftstoff verwendet werden kann.

Ursprünglich entstand die Erfindung aus dem Erfolg von Daniel Nocera von der Harvard University bei der Entwicklung eines Kobalt-Phosphat-Katalysators, der mithilfe von Elektrizität Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet. Da sich Wasserstoff als alternativer Kraftstoff jedoch noch nicht durchgesetzt hat, beschloss Nocera, mit Pamela Silver und Joseph Torella von der Harvard Medical School zusammenzuarbeiten, um einen neuen Ansatz zu finden.

Schließlich kam das Team auf die oben erwähnte Idee, eine gentechnisch veränderte Version von zu verwenden Ralstonia eutropha das Wasserstoff und Kohlendioxid in Isopropanol umwandeln kann. Während der Forschung wurde auch festgestellt, dass verschiedene Arten von Bakterien auch zur Herstellung anderer Produkte, einschließlich Arzneimittel, verwendet werden könnten.

Anschließend gelang es Nocera und Silver, einen Bioreaktor komplett mit dem neuen Katalysator, den Bakterien und den Solarzellen zur Herstellung des flüssigen Kraftstoffs zu bauen. Der Katalysator kann jedes Wasser spalten, auch wenn es stark verschmutzt ist; die Bakterien können die Abfälle aus dem Verbrauch fossiler Brennstoffe verwenden; und die Solarzellen erhalten einen konstanten Strom, solange es eine Sonne gibt. Alles zusammen ergibt einen umweltfreundlicheren Kraftstoff, der wenig Treibhausgase verursacht.

Damit wie diese Erfindung funktioniert ist eigentlich ganz einfach. Zunächst müssen die Wissenschaftler sicherstellen, dass die Umgebung im Bioreaktor frei von Nährstoffen ist, die die Bakterien verbrauchen können, um unerwünschte Produkte zu produzieren. Nachdem dieser Zustand hergestellt ist, können die Solarzellen und der Katalysator damit beginnen, das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Als nächstes wird das Gefäß gerührt, um die Bakterien aus ihrem normalen Wachstumsstadium zu erregen. Dies veranlasst die Bakterien, sich von dem neu produzierten Wasserstoff zu ernähren, und schließlich wird Isopropanol als Abfall von den Bakterien abgegeben.

Torella sagte über ihr Projekt und andere Arten nachhaltiger Ressourcen: „Öl und Gas sind keine nachhaltigen Quellen für Kraftstoff, Kunststoff, Düngemittel oder die unzähligen anderen Chemikalien, die damit hergestellt werden. Die zweitbeste Antwort nach Öl und Gas ist die Biologie, die in globalen Zahlen 100-mal mehr Kohlenstoff pro Jahr durch Photosynthese produziert, als Menschen aus Öl verbrauchen.“