グリーンへの移行: 持続可能で再生可能エネルギーの次のステップ

過去 10 年間の技術開発の急速な進歩を経験するにつれて、気候変動の影響と闘うためのアイデアや試みがますます生まれ始めています。たとえば、学術界や産業界は、化石燃料の存続可能性が低下していることをますます認識するようになり、より持続可能で再生可能であるさまざまな代替エネルギーソリューションを考案しようとしています。このような努力は、ご想像のとおり、決して簡単なプロセスではなかったでしょうが、最終的にはそれだけの価値のある結果が得られます。 2 つの異なるグループが、エネルギー生成に関して人生を変える可能性のある発明を生み出すことに成功しました。詳細は以下でご覧いただけます。

余談ですが、先に進む前に、持続可能エネルギーと再生可能エネルギーの考え方は、いくつかの類似点を共有していますが、本質的には実際には互いに異なるものであることを心に留めておくことが重要です。持続可能なエネルギーとは、将来の世代に悪影響を与えることなく生成および使用できるあらゆる形式のエネルギーです。一方、再生可能エネルギーは、使用しても枯渇しない、または使用後も簡単に再生できるエネルギーです。どちらのタイプも環境に優しいですが、持続可能なエネルギーは適切に保存または監視されないと完全に使い果たしてしまう可能性があります。

Google のカイト発電風力発電所

世界で最も人気のある検索エンジンの作成者が、持続可能なエネルギーの新しい源を生み出しました。 2013 年に風力発電の研究に特化した新興企業 Makani Power を買収して以来、Google X は、まさにその名にふさわしい最新プロジェクトに取り組んできました。 プロジェクト・マカニ。プロジェクト マカニは、一般的な風力タービンよりも多くの電力を生成できる長さ 7.3 メートルの大型エネルギー凧です。 Google X の責任者であるアストロ テラーは、「これが設計どおりに機能すれば、再生可能エネルギーへの世界的な移行を有意義に加速できるだろう。」と信じています。

Project Makani には 8 つの主要なコンポーネントがあります。 XNUMX つ目は、飛行機のような外観をした凧で、XNUMX つのローターが収納されています。これらのローターは、凧を地面から離し、最適な動作高度まで上昇させるのに役立ちます。適切な高さになるとローターが停止し、ローターを横切る風によって生じる抗力によって回転エネルギーが生成され始めます。このエネルギーは電気に変換されます。凧はテザーによって同心円状に飛行し、地上局との接続を維持します。

次のコンポーネントはテザー自体です。テザーは凧を地面に保持するだけでなく、生成された電力を地上局に転送し、同時に通信情報を凧に中継します。テザーはカーボンファイバーで包まれた導電性アルミニウムワイヤーで作られており、柔軟でありながら強度があります。

次は地上局です。これは、凧の飛行中の繋留ポイントとして、また凧が使用されていないときの休憩場所として機能します。このコンポーネントは、従来の風力タービンよりも占有スペースが少なく、持ち運びが可能なため、風が最も強い場所から場所へ移動することができます。

プロジェクト マカニの最後の部分はコンピューター システムです。これは、凧がその経路を進むのを維持する GPS およびその他のセンサーで構成されています。これらのセンサーは、カイトが常に強い風が吹く地域にいることを確認します。

Google X のマカニ凧にとって最適な条件は、高度が地上約 140 m (459.3 フィート) から 310 m (1017.1 フィート) の間で、風速が約 11.5 m/s (37.7 フィート/s) であることです (ただし、実際に発電を開始することは可能です)。風速が少なくとも 4 m/s (13.1 フィート/秒) の場合の電力)。カイトがこれらの最適な条件にある場合、カイトの旋回半径は 145 m (475.7 フィート) になります。

プロジェクト マカニは、より実用的であり、一般に地上に近い風よりも強く、より安定した高い風を発生させることができるため、従来の風力タービンの代替として提案されています。残念ながら 従来の風力タービンとは異なります、公道や電線に近い場所に設置することはできず、凧同士の衝突を避けるために互いに離して設置する必要があります。

プロジェクト マカニはカリフォルニア州ペスカデロで最初にテストされました、非常に予測不可能で信じられないほど強い風が吹く地域です。 Google X は非常に準備ができており、テストでは少なくとも 100 つの凧が墜落することを「望んで」いたほどです。しかし、記録されたXNUMX時間以上の飛行時間の中で、凧はXNUMXつも墜落しなかったが、Googleはこれは決して良いことではないと考えていた。 例えばテラーは、その結果に対してかなり「矛盾」を感じていたことを認めた。 「クラッシュは見たくなかったが、どういうわけか失敗したような気もする。私たちは失敗していないので、私たちは失敗したかもしれないと誰もが信じる魔法があります。」 Google を含め、人間は実際に失敗や間違いからより多くのことを学ぶことができると考えると、この発言はより理にかなっているかもしれません。

太陽エネルギーを変換する細菌

2 番目の発明は、ハーバード大学文理学部、ハーバード大学医学部、ウィス生物インスピレーション工学研究所の共同研究から生まれました。その結果、いわゆる 「バイオニックリーフ」。この新しい発明は、以前に発見されたテクノロジーとアイデアに加えて、いくつかの新しい調整を使用しています。バイオニック リーフの主な目的は、太陽光発電とバクテリアの助けを借りて、水素と二酸化炭素をイソプロパノールに変えることです。 ラルストニア・ユートロファ – イソプロパノールはエタノールと同様に液体燃料として使用できるため、望ましい結果です。

当初、この発明は、電気を使用して水を水素と酸素に分解するリン酸コバルト触媒の開発におけるハーバード大学のダニエル・ノセラ氏の成功に端を発しました。しかし、水素は代替燃料としてまだ普及していないため、Nocera はハーバード大学医学部のパメラ・シルバー氏とジョセフ・トレラ氏と協力して新しいアプローチを見つけることにしました。

最終的に、研究チームは遺伝子組み換えバージョンの遺伝子を使用するという前述のアイデアを思いつきました。 ラルストニア・ユートロファ 水素と二酸化炭素をイソプロパノールに変換することができます。研究の過程で、さまざまな種類の細菌を使用して、医薬品を含む他のさまざまな製品を作成できることも判明しました。

その後、ノセラとシルバーは、液体燃料を生産するための新しい触媒、バクテリア、太陽電池を備えたバイオリアクターの構築に成功しました。触媒は、たとえひどく汚染されていたとしても、どんな水を分解することができます。バクテリアは化石燃料の消費から生じる廃棄物を利用できます。そして、太陽がある限り、太陽電池は一定の電力を受け取ります。これらすべてを組み合わせると、温室効果ガスの発生がほとんどなく、より環境に優しい燃料が得られます。

そう、 この発明がどのように機能するか 実際には非常に単純です。まず科学者は、バイオリアクター内の環境に、細菌が不要な生成物を生成するために消費する栄養素が存在しないことを確認する必要があります。この条件が確立されると、太陽電池と触媒が水を水素と酸素に分解し始めます。次に、瓶をかき混ぜて細菌を通常の増殖段階から刺激します。これにより、細菌が新しく生成された水素を食べるようになり、最終的にイソプロパノールが細菌から廃棄物として放出されます。

トレラ氏は、自分たちのプロジェクトや他の種類の持続可能な資源について次のように述べています。石油とガスに次ぐ最良の答えは生物学であり、地球規模で見ると、人間が石油から消費する炭素の 100 倍もの炭素を光合成によって年間に生産しています。」