Ekologia: kolejny krok w kierunku zrównoważonej i odnawialnej energii

W miarę szybkiego postępu w rozwoju technologicznym w ostatniej dekadzie pojawia się coraz więcej pomysłów i prób przeciwdziałania skutkom zmian klimatycznych. Na przykład naukowcy i przedstawiciele przemysłu stają się coraz bardziej świadomi, że paliwa kopalne stają się mniej opłacalne i dlatego próbowali wymyślić różne alternatywne rozwiązania energetyczne, które są zarówno bardziej zrównoważone, jak i odnawialne. Taki wysiłek – jak może się wydawać – nigdy nie byłby łatwym procesem, ale ostatecznie wynik jest tego wart. Dwie różne grupy z powodzeniem stworzyły potencjalnie zmieniający życie wynalazek w odniesieniu do wytwarzania energii, o którym możesz przeczytać poniżej.

Na marginesie, zanim przejdziemy dalej, ważne jest, aby pamiętać, że idee energii zrównoważonej i odnawialnej – choć mają pewne podobieństwa – w istocie różnią się od siebie. Energia zrównoważona to każda forma energii, którą można wytwarzać i wykorzystywać bez negatywnego wpływu na przyszłe pokolenia. Z drugiej strony energia odnawialna to energia, która albo nie ulega wyczerpaniu, gdy jest używana, albo może być łatwo zregenerowana po jej wykorzystaniu. Oba typy są przyjazne dla środowiska, ale zrównoważona energia może zostać całkowicie zużyta, jeśli nie jest odpowiednio chroniona lub monitorowana.

Farma wiatrowa napędzana latawcem od Google

Od twórcy najpopularniejszej wyszukiwarki na świecie pochodzi nowe źródło zrównoważonej energii. Od momentu zakupu Makani Power – start-upu zajmującego się badaniem energetyki wiatrowej – w 2013 roku, Google X pracował nad swoim najnowszym projektem o trafnej nazwie Projekt Makani. Projekt Makani to duży latawiec energetyczny o długości 7.3 m, który może generować więcej energii niż zwykła turbina wiatrowa. Astro Teller, szef Google X uważa, że ​​„[jeśli] działa to zgodnie z założeniami, znacząco przyspieszyłoby to globalne przejście na energię odnawialną”.

Istnieją cztery główne elementy Projektu Makani. Pierwszym z nich jest latawiec, który wyglądem przypomina samolot i zawiera 8 wirników. Rotory te pomagają w podniesieniu latawca z ziemi i osiągnięciu optymalnej wysokości roboczej. Na odpowiedniej wysokości wirniki wyłączą się, a opór wytworzony przez wiatry poruszające się po wirnikach zacznie generować energię obrotową. Energia ta jest następnie przekształcana w energię elektryczną. Latawiec leci koncentrycznie dzięki uwięzi, która utrzymuje go w połączeniu ze stacją naziemną.

Kolejnym elementem jest sama linka. Oprócz trzymania latawca na ziemi, linka przenosi również wytworzoną energię elektryczną do stacji naziemnej, jednocześnie przekazując informacje komunikacyjne do latawca. Uwięź jest wykonana z przewodzącego drutu aluminiowego owiniętego włóknem węglowym, dzięki czemu jest elastyczna, a jednocześnie mocna.

Dalej jest stacja naziemna. Działa zarówno jako punkt zaczepienia podczas lotu latawca, jak i miejsce odpoczynku, gdy latawiec nie jest używany. Ten element zajmuje również mniej miejsca niż konwencjonalna turbina wiatrowa, będąc przenośnym, dzięki czemu może przemieszczać się z miejsca na miejsce, w którym wiatr jest najsilniejszy.

Ostatnim elementem Projektu Makani jest system komputerowy. Składa się z GPS i innych czujników, które utrzymują latawiec na swojej drodze. Czujniki te zapewniają, że latawiec znajduje się w obszarach o silnym i stałym wietrze.

Optymalne warunki dla latawca Makani firmy Google X są na wysokościach od około 140 m (459.3 ft) do 310 m (1017.1 ft) nad poziomem gruntu i przy prędkości wiatru około 11.5 m/s (37.7 ft/s) (chociaż faktycznie może zacząć generować moc, gdy prędkość wiatru wynosi co najmniej 4 m/s (13.1 ft/s)). Kiedy latawiec znajduje się w tych optymalnych warunkach, jego promień okrążenia wynosi 145m (475.7 ft).

Projekt Makani jest sugerowany jako zamiennik konwencjonalnych turbin wiatrowych, ponieważ jest bardziej praktyczny i może również docierać do silniejszych wiatrów, które są na ogół silniejsze i bardziej stałe niż te bliżej poziomu gruntu. Chociaż niestety w przeciwieństwie do konwencjonalnych turbin wiatrowych, nie może być umieszczony na obszarach w pobliżu dróg publicznych lub linii energetycznych i musi być umieszczony dalej od siebie, aby uniknąć zderzenia między latawcami.

Projekt Makani został po raz pierwszy przetestowany w Pescadero w Kalifornii, obszar, który ma bardzo nieprzewidywalne i niesamowicie silne wiatry. Google X przyjechał bardzo przygotowany, a nawet „chciał” rozbić przynajmniej pięć latawców w swoich testach. Ale w ciągu ponad 100 zarejestrowanych godzin lotu nie udało im się rozbić ani jednego latawca, co według Google nie jest dobrą rzeczą. Teller na przykład przyznał, że byli raczej „skonfliktowani” z wynikiem, „Nie chcieliśmy, żeby się rozbił, ale czujemy też, że jakoś nam się nie udało. W każdym jest magia, która wierzy, że mogliśmy ponieść porażkę, ponieważ nie ponieśliśmy porażki”. Ta uwaga byłaby prawdopodobnie bardziej sensowna, jeśli weźmiemy pod uwagę, że ludzie, w tym Google, mogą faktycznie nauczyć się więcej na porażkach i popełnianiu błędów.

Bakterie przetwarzające energię słoneczną

Drugi wynalazek pochodzi ze współpracy między Wydziałem Sztuki i Nauki Uniwersytetu Harvarda, Harvard Medical School i Wyss Institute for Biological Inspired Engineering, co zaowocowało tak zwanym „bioniczny liść”. Ten nowy wynalazek wykorzystuje wcześniej odkryte technologie i pomysły, a także kilka nowych usprawnień. Głównym celem bionicznego liścia jest zamiana wodoru i dwutlenku węgla w izopropanol za pomocą energii słonecznej i bakterii zwanej Ralstonia eutrofa – pożądany rezultat, ponieważ izopropanol może być używany jako paliwo płynne, podobnie jak etanol.

Początkowo wynalazek był wynikiem sukcesu Daniela Nocery z Uniwersytetu Harvarda w opracowaniu katalizatora kobaltowo-fosforanowego, który wykorzystuje energię elektryczną do dzielenia wody na wodór i tlen. Ale ponieważ wodór nie został jeszcze przyjęty jako paliwo alternatywne, Nocera postanowiła połączyć siły z Pamelą Silver i Josephem Torellą z Harvard Medical School, aby opracować nowe podejście.

Ostatecznie zespół wpadł na wspomniany wcześniej pomysł wykorzystania genetycznie zmodyfikowanej wersji Ralstonia eutrofa które mogą przekształcić wodór i dwutlenek węgla w izopropanol. Podczas badań odkryto również, że różne rodzaje bakterii można również wykorzystać do tworzenia innych różnorodnych produktów, w tym farmaceutyków.

Następnie Nocera i Silver zbudowali bioreaktor wraz z nowym katalizatorem, bakteriami i ogniwami słonecznymi do produkcji ciekłego paliwa. Katalizator może rozszczepiać każdą wodę, nawet jeśli jest bardzo zanieczyszczona; bakterie mogą wykorzystywać odpady pochodzące ze zużycia paliw kopalnych; a ogniwa słoneczne otrzymują stały strumień energii, dopóki jest słońce. Podsumowując, rezultatem jest bardziej ekologiczna forma paliwa, która wytwarza niewiele gazów cieplarnianych.

Więc, jak działa ten wynalazek jest całkiem proste. Po pierwsze, naukowcy muszą upewnić się, że środowisko w bioreaktorze jest wolne od jakichkolwiek składników odżywczych, które bakterie mogą zużywać do wytwarzania niepożądanych produktów. Po ustaleniu tego warunku ogniwa słoneczne i katalizator mogą zacząć dzielić wodę na wodór i tlen. Następnie słoik jest mieszany, aby pobudzić bakterie z ich normalnego etapu wzrostu. Powoduje to, że bakterie żywią się nowo wytworzonym wodorem, a na koniec izopropanol jest wydzielany jako odpad bakterii.

Torella miała to do powiedzenia o swoim projekcie i innych rodzajach zrównoważonych zasobów: „Ropa i gaz nie są zrównoważonymi źródłami paliwa, plastiku, nawozów ani niezliczonych innych chemikaliów produkowanych z ich użyciem. Kolejną najlepszą odpowiedzią po ropie i gazie jest biologia, która w globalnych liczbach wytwarza 100 razy więcej węgla rocznie poprzez fotosyntezę niż ludzie zużywają z ropy”.