Going green: De volgende stap in duurzame en hernieuwbare energie

Terwijl we de laatste tien jaar snelle vooruitgang in technologische ontwikkelingen ervaren, ontstaan ​​er steeds meer ideeën en pogingen om de effecten van klimaatverandering tegen te gaan. Academici en industrieën zijn zich er bijvoorbeeld steeds meer van bewust geworden dat fossiele brandstoffen minder levensvatbaar worden en probeerden daarom verschillende alternatieve energieoplossingen te bedenken die zowel duurzamer als hernieuwbaar zijn. Een dergelijke inspanning zou - zoals u misschien denkt - nooit een gemakkelijk proces zijn geweest, maar het resultaat is het uiteindelijk zeker waard. Twee verschillende groepen hebben met succes een potentieel levensveranderende uitvinding gemaakt met betrekking tot het creëren van energie, die je hieronder in details kunt lezen.

Even terzijde, voordat we verder gaan, is het belangrijk om in gedachten te houden dat de ideeën van duurzame en hernieuwbare energie - hoewel ze enkele overeenkomsten vertonen - in de kern eigenlijk van elkaar verschillen. Duurzame energie is elke vorm van energie die kan worden gecreëerd en gebruikt zonder negatieve gevolgen voor toekomstige generaties. Aan de andere kant is hernieuwbare energie energie die ofwel niet opraakt wanneer ze wordt gebruikt, of die na gebruik gemakkelijk kan worden geregenereerd. Beide soorten zijn milieuvriendelijk, maar duurzame energie kan volledig opgebruikt worden als deze niet goed wordt geconserveerd of gemonitord.

Het door vliegers aangedreven windpark van Google

Van de maker van 's werelds populairste zoekmachine komt een nieuwe bron van duurzame energie. Sinds de aankoop van Makani Power – een start-up die zich toelegt op onderzoek naar windenergie – in 2013, heeft Google X gewerkt aan zijn nieuwste project met de toepasselijke naam Project Makani. Project Makani is een grote, 7.3 meter lange energievlieger die meer vermogen kan opwekken dan een gewone windturbine. Astro Teller, hoofd van Google X, is van mening dat "[als] dit werkt zoals het is ontworpen, het de wereldwijde overgang naar hernieuwbare energie aanzienlijk zou versnellen.".

Er zijn vier hoofdcomponenten van Project Makani. De eerste is de vlieger, die eruitziet als een vliegtuig en 8 rotors herbergt. Deze rotors helpen de vlieger van de grond te komen en op de optimale werkhoogte te komen. Op de juiste hoogte worden de rotors uitgeschakeld en begint de weerstand die wordt veroorzaakt door de wind die over de rotors beweegt, rotatie-energie te genereren. Deze energie wordt vervolgens omgezet in elektriciteit. De vlieger vliegt concentrisch door de ketting, die hem verbonden houdt met het grondstation.

Het volgende onderdeel is de ketting zelf. Naast het vasthouden van de vlieger aan de grond, brengt de kabel ook de opgewekte elektriciteit over naar het grondstation, terwijl tegelijkertijd communicatie-informatie wordt doorgegeven aan de vlieger. De ketting is gemaakt van een geleidende aluminiumdraad gewikkeld in koolstofvezel, waardoor hij flexibel en toch sterk is.

Vervolgens komt het grondstation. Het fungeert zowel als bevestigingspunt tijdens de vlucht van de vlieger als als rustplaats wanneer de vlieger niet in gebruik is. Dit onderdeel neemt ook minder ruimte in beslag dan een conventionele windturbine terwijl het draagbaar is, zodat het kan worden verplaatst van locatie naar locatie waar de wind het sterkst is.

Het sluitstuk van Project Makani is het computersysteem. Dit bestaat uit GPS en andere sensoren die de vlieger op zijn pad houden. Deze sensoren zorgen ervoor dat de vlieger zich in gebieden bevindt met sterke en constante wind.

Optimale omstandigheden voor de Makani-vlieger van Google X zijn op hoogtes van ongeveer tussen 140 m (459.3 ft) en 310 m (1017.1 ft) boven grondniveau en bij windsnelheden van ongeveer 11.5 m/s (37.7 ft/s) (hoewel het daadwerkelijk kan beginnen met het genereren van vermogen bij windsnelheden van ten minste 4 m/s (13.1 ft/s)). Wanneer de vlieger zich in deze optimale omstandigheden bevindt, heeft hij een cirkelstraal van 145 m (475.7 ft).

Project Makani wordt voorgesteld als vervanging voor conventionele windturbines omdat het praktischer is en ook hogere windsnelheden kan bereiken, die over het algemeen sterker en constanter zijn dan die dichter bij het maaiveld. Hoewel helaas in tegenstelling tot conventionele windturbines, het kan niet worden geplaatst op gebieden in de buurt van openbare wegen of hoogspanningslijnen, en moet verder uit elkaar worden geplaatst om botsingen tussen de vliegers te voorkomen.

Project Makani werd voor het eerst getest in Pescadero, Californië, een gebied met zeer onvoorspelbare en ongelooflijk sterke winden. Google X was zeer voorbereid en "wilde" zelfs ten minste vijf vliegers crashen tijdens hun tests. Maar in meer dan 100 gelogde vlieguren slaagden ze er niet in om een ​​enkele vlieger te laten crashen, wat volgens Google niet bepaald een goede zaak is. Teller gaf bijvoorbeeld toe dat ze nogal "in strijd" waren met het resultaat, “We wilden hem niet zien crashen, maar we hebben ook het gevoel dat we op de een of andere manier hebben gefaald. Iedereen gelooft dat we misschien gefaald hebben omdat we niet gefaald hebben.” Deze opmerking zou wellicht logischer zijn als we bedenken dat mensen, ook Google, juist meer kunnen leren van falen en fouten maken.

Zonne-energie die bacteriën omzet

De tweede uitvinding is het resultaat van een samenwerking tussen Harvard University's Faculty of Arts and Sciences, Harvard Medical School en Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, wat heeft geresulteerd in wat de "bionisch blad". Deze nieuwe uitvinding maakt gebruik van eerder ontdekte technologieën en ideeën, samen met een aantal nieuwe aanpassingen. Het belangrijkste doel van het bionische blad is om waterstof en koolstofdioxide om te zetten in isopropanol met behulp van zonne-energie en een bacterie genaamd Ralstonia eutrofa – een gewenst resultaat aangezien isopropanol net als ethanol als vloeibare brandstof kan worden gebruikt.

Aanvankelijk kwam de uitvinding voort uit het succes van Daniel Nocera van de Harvard University bij het ontwikkelen van een kobalt-fosfaatkatalysator die elektriciteit gebruikt om water te splitsen in waterstof en zuurstof. Maar aangezien waterstof nog niet populair is als alternatieve brandstof, besloot Nocera samen te werken met Pamela Silver en Joseph Torella van de Harvard Medical School om een ​​nieuwe aanpak te bedenken.

Uiteindelijk kwam het team op het bovengenoemde idee om een ​​genetisch gemodificeerde versie van te gebruiken Ralstonia eutrofa dat waterstof en koolstofdioxide kan omzetten in isopropanol. Tijdens het onderzoek werd ook ontdekt dat verschillende soorten bacteriën ook kunnen worden gebruikt om andere soorten producten te maken, waaronder geneesmiddelen.

Daarna slaagden Nocera en Silver erin om een ​​bioreactor te bouwen, compleet met de nieuwe katalysator, de bacteriën en de zonnecellen om de vloeibare brandstof te produceren. De katalysator kan elk water splitsen, zelfs als het sterk vervuild is; de bacteriën kunnen het afval van het verbruik van fossiele brandstoffen gebruiken; en de zonnecellen krijgen een constante stroom stroom zolang er een zon is. Alles bij elkaar is het resultaat een groenere vorm van brandstof die weinig broeikasgassen veroorzaakt.

Dus, hoe deze uitvinding werkt is eigenlijk best simpel. Ten eerste moeten wetenschappers ervoor zorgen dat de omgeving in de bioreactor vrij is van alle voedingsstoffen die de bacteriën kunnen consumeren om ongewenste producten te produceren. Nadat deze voorwaarde is vastgesteld, kunnen de zonnecellen en de katalysator beginnen het water te splitsen in waterstof en zuurstof. Vervolgens wordt de pot geroerd om de bacteriën uit hun normale groeifase te halen. Dit zorgt ervoor dat de bacteriën zich voeden met de nieuw geproduceerde waterstof en uiteindelijk wordt isopropanol afgegeven als afval van de bacteriën.

Torella had het volgende te zeggen over hun project en andere soorten duurzame bronnen: “Olie en gas zijn geen duurzame bronnen van brandstof, plastic, kunstmest of de talloze andere chemicaliën die ermee worden geproduceerd. Het op een na beste antwoord na olie en gas is de biologie, die wereldwijd 100 keer meer koolstof per jaar produceert via fotosynthese dan mensen uit olie verbruiken.