Að fara grænt: Næsta skref í sjálfbærri og endurnýjanlegri orku

Eftir því sem við upplifum örar framfarir í tækniþróun á síðasta áratug, byrja sífellt fleiri hugmyndir og tilraunir að koma fram til að berjast gegn áhrifum loftslagsbreytinga. Fræðimenn og atvinnugreinar hafa til dæmis orðið sífellt meðvitaðari um að jarðefnaeldsneyti er að verða minna hagkvæmt og þannig reynt að koma með ýmsar aðrar orkulausnir sem eru bæði sjálfbærari og endurnýjanlegri. Slík viðleitni – eins og þú heldur kannski – hefði aldrei verið auðvelt ferli, en niðurstaðan er vel þess virði að lokum. Tveir mismunandi hópar hafa tekist að búa til hugsanlega lífsbreytandi uppfinningu í sambandi við orkusköpun, sem þú getur lesið í smáatriðum hér að neðan.

Sem hliðarathugasemd, áður en við höldum áfram, er mikilvægt að hafa í huga að hugmyndir um sjálfbæra og endurnýjanlega orku – á meðan þær deila einhverju líkt – í kjarnanum eru í raun aðskildar hver annarri. Sjálfbær orka er hvers kyns orka sem hægt er að búa til og nýta án þess að hafa neikvæð áhrif á komandi kynslóðir. Á hinn bóginn er endurnýjanleg orka orka sem annað hvort tæmist ekki þegar hún er notuð eða sem auðvelt er að endurnýja eftir að hún hefur verið notuð. Báðar tegundirnar eru umhverfisvænar, en sjálfbær orka er alveg hægt að nota ef hún er ekki varðveitt eða fylgst með henni á réttan hátt.

Flugdrekaknúinn vindgarður frá Google

Frá skapara vinsælustu leitarvélar heims kemur ný uppspretta sjálfbærrar orku. Frá kaupum á Makani Power – sprotafyrirtæki tileinkað rannsóknum á vindorku – árið 2013 hefur Google X unnið að nýjasta verkefni sínu sem ber nafnið. Verkefnið Makani. Project Makani er stór, 7.3m langur orkudreki sem getur framleitt meira afl en venjuleg vindmylla. Astro Teller, yfirmaður Google X, telur að „[ef] þetta virkar eins og hannað er, myndi það á marktækan hátt flýta fyrir alþjóðlegri flutningi í endurnýjanlega orku.“

Það eru fjórir meginþættir Project Makani. Sá fyrsti er flugdrekinn sem er flugvélalegur í útliti og hýsir 8 snúninga. Þessir snúningar hjálpa til við að ná flugdrekanum frá jörðu niðri og upp í ákjósanlega rekstrarhæð. Í réttri hæð slökkva á snúningunum og viðnámið sem myndast vegna vinda sem hreyfast yfir snúningana mun byrja að mynda snúningsorku. Þessari orku er síðan breytt í rafmagn. Svifdrekinn flýgur sammiðja vegna tjóðrunnar sem heldur honum tengdum jarðstöðinni.

Næsti hluti er tjóðrunin sjálf. Fyrir utan að halda flugdrekanum bara við jörðu, flytur tjóðrið einnig rafmagnið sem framleitt er til jarðstöðvarinnar, en á sama tíma miðlar samskiptaupplýsingum til flugdrekans. Tjóðurinn er gerður úr leiðandi álvír vafinn inn í koltrefjum, sem gerir það sveigjanlegt en samt sterkt.

Næst kemur jarðstöðin. Það virkar bæði sem tjóðrpunktur á flugi flugdrekans og hvíldarstaður þegar drekinn er ekki í notkun. Þessi íhlutur tekur líka minna pláss en hefðbundin vindmylla á sama tíma og hann er færanlegur, þannig að hann getur færst frá stað til stað þar sem vindar eru hvað sterkastir.

Síðasti hluti Project Makani er tölvukerfið. Þetta samanstendur af GPS og öðrum skynjurum sem halda flugdrekanum á leiðinni. Þessir skynjarar tryggja að flugdrekan sé á svæðum þar sem sterkur og stöðugur vindur er.

Ákjósanlegar aðstæður fyrir Makani flugdreka Google X eru í um það bil 140m (459.3 fetum) til 310m (1017.1 fetum) hæð yfir jörðu og við vindhraða um 11.5 m/s (37.7 fet/s) (þó hann geti í raun byrjað að mynda afli þegar vindhraði er að minnsta kosti 4 m/s (13.1 fet/s)). Þegar krílið er við þessar bestu aðstæður hefur hann hringradíus upp á 145m (475.7 fet).

Lagt er til að verkefnið Makani komi í staðinn fyrir hefðbundnar vindmyllur vegna þess að það er hagnýtara og getur einnig náð hærri vindum, sem eru almennt sterkari og stöðugri en þeir sem eru nær jörðu niðri. Þó því miður ólíkt hefðbundnum vindmyllum, það er ekki hægt að setja það á svæði nálægt þjóðvegum eða raflínum, og verður að setja það lengra frá hvor öðrum til að koma í veg fyrir árekstur á milli flugdrekana.

Project Makani var fyrst prófað í Pescadero, Kaliforníu, svæði sem hefur mjög ófyrirsjáanlega og ótrúlega sterka vinda. Google X kom mjög undirbúið og „vildi“ jafnvel að minnsta kosti fimm flugdreka hrundu í prófunum sínum. En á yfir 100 skráðum flugtímum tókst þeim ekki að hrapa einum flugdreka, sem Google taldi að væri ekki beint gott. Teller, til dæmis, viðurkenndi að þeir væru frekar „ósamir“ við niðurstöðuna, „Við vildum ekki sjá þetta hrun, en okkur finnst líka eins og okkur hafi mistekist einhvern veginn. Það er galdur í því að allir trúi því að við gætum hafa mistekist vegna þess að okkur mistókst.“ Þessi athugasemd væri hugsanlega skynsamlegri ef við lítum svo á að fólk, þar á meðal Google, geti í raun lært meira af því að mistakast og gera mistök.

Bakteríur sem breyta sólarorku

Önnur uppfinningin kemur frá samstarfi milli Lista- og vísindadeildar Harvard háskóla, Harvard Medical School og Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, sem hefur leitt til þess sem kallað er "bíónískt lauf". Þessi  nýja uppfinning notar áður uppgötvaða tækni og hugmyndir ásamt nokkrum nýjum fínstillingum. Megintilgangur lífrænna laufsins er að breyta vetni og koltvísýringi í ísóprópanól með hjálp sólarorku og bakteríu sem kallast Ralstonia eutropha - æskileg niðurstaða þar sem hægt er að nota ísóprópanól sem fljótandi eldsneyti eins og etanól.

Upphaflega stafaði uppfinningin af velgengni Daniel Nocera við Harvard háskóla við að þróa kóbalt-fosfat hvata sem notar rafmagn til að kljúfa vatn í vetni og súrefni. En þar sem vetni hefur ekki enn náð sér á strik sem annað eldsneyti ákvað Nocera að taka höndum saman við Pamela Silver og Joseph Torella frá Harvard Medical School til að finna út nýja nálgun.

Að lokum fékk teymið fyrrnefnda hugmynd að nota erfðabreytta útgáfu af Ralstonia eutropha sem getur umbreytt vetni og koltvísýringi í ísóprópanól. Við rannsóknina kom einnig í ljós að mismunandi tegundir baktería gætu einnig verið notaðar til að búa til aðrar vörur, þar á meðal lyf.

Eftir það tókst Nocera og Silver að smíða lífreactor með nýja hvatanum, bakteríunum og sólarsellunum til að framleiða fljótandi eldsneyti. Hvatinn getur klofið hvaða vatni sem er, jafnvel þótt það sé mjög mengað; bakteríurnar geta notað úrganginn frá jarðefnaeldsneyti; og sólarsellurnar fá stöðugan straum af orku svo lengi sem sól er. Allt saman er niðurstaðan grænna eldsneyti sem veldur litlum gróðurhúsalofttegundum.

Svo hvernig þessi uppfinning virkar er reyndar frekar einfalt. Í fyrsta lagi þurfa vísindamenn að tryggja að umhverfið í lífreactornum sé laust við öll næringarefni sem bakteríur geta neytt til að framleiða óæskilegar vörur. Eftir að þessu ástandi er komið geta sólarsellurnar og hvatinn byrjað að kljúfa vatnið í vetni og súrefni. Því næst er hrært í krukkunni til að örva bakteríurnar frá eðlilegu vaxtarstigi. Þetta fær bakteríurnar til að nærast á nýframleiddu vetni og loks losnar ísóprópanól sem úrgangur frá bakteríunum.

Torella hafði þetta að segja um verkefnið sitt og aðrar tegundir sjálfbærra auðlinda, „Olía og gas eru ekki sjálfbærar uppsprettur eldsneytis, plasts, áburðar eða ótal annarra efna sem framleidd eru með þeim. Næstbesta svarið á eftir olíu og gasi er líffræði, sem í alþjóðlegum tölum framleiðir 100 sinnum meira kolefni á ári með ljóstillífun en menn neyta úr olíu.“