Going green: A következő lépés a fenntartható és megújuló energia terén

Ahogyan az elmúlt évtizedben a technológiai fejlődés gyors előrehaladását tapasztaljuk, egyre több ötlet és próbálkozás jelenik meg az éghajlatváltozás hatásainak leküzdésére. Az akadémikusok és az ipar például egyre inkább tudatára ébredt annak, hogy a fosszilis tüzelőanyagok egyre kevésbé életképesek, ezért különféle alternatív energiamegoldásokat próbáltak kidolgozni, amelyek fenntarthatóbbak és megújulóbbak is. Egy ilyen erőfeszítés – ahogy gondolhatja – soha nem lett volna könnyű folyamat, de az eredmény végül megéri. Két különböző csoport sikeresen alkotott potenciálisan életet megváltoztató találmányt az energiateremtéssel kapcsolatban, melyeket alább olvashat részletesen.

Mellékesen megjegyzem, mielőtt továbblépnénk, fontos szem előtt tartani, hogy a fenntartható és a megújuló energia gondolatai – bár némi hasonlóságot mutatnak – alapvetően különböznek egymástól. Fenntartható energia az energia bármely formája, amely úgy állítható elő és használható fel, hogy a jövő generációit nem érinti negatívan. Másrészt a megújuló energia olyan energia, amely vagy nem merül ki felhasználáskor, vagy felhasználása után könnyen regenerálható. Mindkét típus környezetbarát, de a fenntartható energia teljesen elhasználható, ha nem takarékoskodnak vagy nem ellenőrzik megfelelően.

A Google Kite Powered Wind Farmja

A világ legnépszerűbb keresőjének megalkotójától a fenntartható energia új forrása származik. A Makani Power – a szélenergia kutatásával foglalkozó induló vállalkozás – 2013-as megvásárlása óta a Google X legújabb projektjén dolgozik, amely találóan elnevezett. Makani projekt. A Project Makani egy nagy, 7.3 m hosszú energiasárkány, amely több energiát képes termelni, mint egy közönséges szélturbina. Astro Teller, a Google X vezetője úgy véli, hogy „[ha] ez a terv szerint működik, akkor jelentős mértékben felgyorsítaná a megújuló energiára való globális átállást”.

A Project Makani négy fő összetevőből áll. Az első a sárkány, amely megjelenésében repülőgépszerű, és 8 rotorral rendelkezik. Ezek a rotorok segítenek felemelni a sárkányt a talajról és az optimális működési magasságig. A megfelelő magasságban a rotorok leállnak, és a rotorokon áthaladó szelek által keltett ellenállás forgási energiát generál. Ezt az energiát ezután elektromos árammá alakítják. A sárkány koncentrikusan repül a pánt miatt, amely összeköti a földi állomással.

A következő komponens maga a tether. Amellett, hogy a sárkányt a földhöz tartja, a heveder a megtermelt elektromosságot a földi állomásra is továbbítja, ugyanakkor kommunikációs információkat továbbít a sárkánynak. A heveder egy vezetőképes alumíniumhuzalból készül, amelyet szénszálba csomagoltak, így rugalmas, mégis erős.

Ezután jön a földi állomás. A sárkány repülése közben kötözési pontként és pihenőhelyként is működik, amikor a sárkány nincs használatban. Ez az alkatrész is kevesebb helyet foglal, mint egy hagyományos szélturbina, miközben hordozható, így képes mozogni egyik helyről a másikra, ahol a legerősebb a szél.

A Project Makani utolsó darabja a számítógépes rendszer. Ez GPS-ből és egyéb érzékelőkből áll, amelyek a sárkányt az útjában tartják. Ezek az érzékelők biztosítják, hogy a sárkány olyan területeken legyen, ahol erős és állandó szél fúj.

A Google X Makani sárkányának optimális feltételei körülbelül 140 m (459.3 láb) és 310 m (1017.1 ft) közötti magasságban a talajszint felett és 11.5 m/s (37.7 láb/s) szélsebességnél vannak (bár ténylegesen elkezdhet generálni). teljesítmény, ha a szél sebessége legalább 4 m/s (13.1 láb/s)). Ha a sárkány ilyen optimális körülmények között van, akkor a körözési sugara 145 m (475.7 láb).

A Makani projektet a hagyományos szélturbinák helyettesítésére javasolják, mert praktikusabb, és nagyobb szeleket is képes elérni, amelyek általában erősebbek és állandóbbak, mint a talajszinthez közelebbiek. Bár sajnos a hagyományos szélturbinákkal ellentétben, nem helyezhető el közutak vagy elektromos vezetékek közelében, és távolabb kell elhelyezni egymástól, hogy elkerüljék a sárkányok közötti ütközést.

A Makani projektet először a kaliforniai Pescaderoban tesztelték, egy olyan terület, ahol nagyon kiszámíthatatlan és hihetetlenül erős szél fúj. A Google X nagyon felkészült volt, és még azt is „akarta”, hogy legalább öt sárkány lezuhanjon a tesztelés során. De több mint 100 naplózott repülési óra alatt egyetlen sárkányt sem sikerült lezuhanniuk, ami a Google szerint nem éppen jó dolog. Teller például elismerte, hogy meglehetősen „konfliktusban” vannak az eredménnyel, „Nem akartuk, hogy összeomoljon, de azt is érezzük, hogy valahogy elbuktunk. Varázslat rejlik abban, ha mindenki azt hiszi, hogy kudarcot vallhattunk, mert nem kudarcot vallottunk.” Ez a megjegyzés talán értelmesebb lenne, ha figyelembe vesszük, hogy az emberek, beleértve a Google-t is, valóban többet tanulhatnak a kudarcokból és a hibákból.

Napenergiát konvertáló baktériumok

A második találmány a Harvard Egyetem Bölcsészettudományi és Tudományos Kara, a Harvard Medical School és a Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering együttműködéséből származik, amelynek eredményeként az ún. "bionikus levél". Ez az új találmány korábban felfedezett technológiákat és ötleteket, valamint néhány új finomítást használ. A bionikus levél fő célja, hogy a hidrogént és a szén-dioxidot izopropanollá alakítsa a napenergia és egy baktérium ún. Ralstonia eutropha – a kívánt eredmény, mivel az izopropanol az etanolhoz hasonlóan folyékony üzemanyagként használható.

Kezdetben a találmány abból adódott, hogy Daniel Nocera, a Harvard Egyetem olyan kobalt-foszfát katalizátort fejlesztett ki, amely elektromosságot használ a víz hidrogénre és oxigénre történő felosztására. De mivel a hidrogént még nem találták meg alternatív üzemanyagként, a Nocera úgy döntött, hogy összefog Pamela Silverrel és Joseph Torellával a Harvard Medical School-tól, hogy új megközelítést találjanak ki.

Végül a csapat előállt a fent említett ötlettel, hogy egy génmódosított változatot alkalmazzanak Ralstonia eutropha amely a hidrogént és a szén-dioxidot izopropanollá tudja alakítani. A kutatás során az is kiderült, hogy a különböző típusú baktériumok másféle termékek, köztük gyógyszerek előállítására is felhasználhatók.

Ezt követően Nocerának és Silvernek sikerült egy bioreaktort építenie az új katalizátorral, baktériumokkal és napelemekkel a folyékony tüzelőanyag előállítására. A katalizátor bármilyen vizet megoszthat, még akkor is, ha az erősen szennyezett; a baktériumok felhasználhatják a fosszilis tüzelőanyag-fogyasztásból származó hulladékot; és a napelemek állandó áramot kapnak, amíg van nap. Mindezek együttes eredménye egy zöldebb tüzelőanyag-forma, amely kevés üvegházhatású gázt okoz.

Szóval, hogyan működik ez a találmány valójában nagyon egyszerű. Először is, a tudósoknak biztosítaniuk kell, hogy a bioreaktor környezete mentes legyen minden olyan tápanyagtól, amelyet a baktériumok elfogyaszthatnak a nem kívánt termékek előállításához. Miután ez az állapot létrejött, a napelemek és a katalizátor elkezdheti a vizet hidrogénre és oxigénre felosztani. Ezután az edényt megkeverjük, hogy a baktériumokat a normál növekedési szakaszból gerjesztjük. Ez arra készteti a baktériumokat, hogy táplálkozzanak az újonnan előállított hidrogénnel, és végül az izopropanol hulladékként távozik a baktériumokból.

Torella ezt mondta a projektjükről és más fenntartható erőforrásokról: „Az olaj és a gáz nem fenntartható üzemanyag, műanyag, műtrágya vagy a velük előállított számtalan vegyi anyag fenntartható forrása. A következő legjobb válasz az olaj és a földgáz után a biológia, amely világviszonylatban évente 100-szor több szenet termel fotoszintézis révén, mint amennyit az ember az olajból elfogyaszt.”