Экологичность: следующий шаг к устойчивой и возобновляемой энергетике

Поскольку в последнее десятилетие мы наблюдаем быстрый прогресс в развитии технологий, появляется все больше и больше идей и попыток бороться с последствиями изменения климата. Например, ученые и представители промышленности все больше осознают, что ископаемое топливо становится менее жизнеспособным, и поэтому пытаются найти различные альтернативные энергетические решения, которые являются одновременно более устойчивыми и возобновляемыми. Такие усилия, как вы можете подумать, никогда не были бы легким процессом, но в конце концов результат того стоит. Две разные группы успешно создали потенциально изменяющее жизнь изобретение в отношении создания энергии, о котором вы можете подробно прочитать ниже.

В качестве примечания, прежде чем мы продолжим, важно иметь в виду, что идеи устойчивой и возобновляемой энергии — хотя они имеют некоторые сходства — в основе на самом деле отличаются друг от друга. Устойчивая энергетика — это любая форма энергии, которую можно создавать и использовать без негативного воздействия на будущие поколения. С другой стороны, возобновляемая энергия — это энергия, которая либо не истощается при использовании, либо может быть легко восстановлена ​​после ее использования. Оба типа экологически безопасны, но устойчивая энергия может быть полностью израсходована, если она не сохраняется или не контролируется должным образом.

Ветряная электростанция Google, работающая от воздушных змеев

Создатель самой популярной в мире поисковой системы представляет новый источник устойчивой энергии. С момента покупки Makani Power — стартапа, занимающегося исследованиями ветроэнергетики — в 2013 году, Google X работал над своим новейшим проектом, метко названным Проект Макани. Project Makani — это большой энергетический змей длиной 7.3 м, который может генерировать больше энергии, чем обычная ветряная турбина. Астро Теллер, глава Google X, считает, что «[если] это будет работать так, как задумано, это значительно ускорит глобальный переход к возобновляемым источникам энергии».

Проект Макани состоит из четырех основных компонентов. Первый — воздушный змей, который по внешнему виду похож на самолет и содержит 8 роторов. Эти роторы помогают оторвать кайт от земли и поднять его на оптимальную рабочую высоту. На правильной высоте роторы отключатся, и сопротивление, создаваемое ветром, движущимся поперек роторов, начнет генерировать энергию вращения. Затем эта энергия преобразуется в электричество. Воздушный змей летит концентрически из-за троса, который удерживает его на связи с наземной станцией.

Следующим компонентом является сам трос. Помимо простого удержания воздушного змея на земле, трос также передает выработанное электричество на наземную станцию, в то же время передавая коммуникационную информацию к воздушному змею. Трос изготовлен из проводящего алюминиевого провода, обернутого углеродным волокном, что делает его гибким, но прочным.

Далее идет наземная станция. Он действует как точка привязки во время полета воздушного змея и место отдыха, когда кайт не используется. Этот компонент также занимает меньше места, чем обычная ветряная турбина, будучи портативным, поэтому его можно перемещать с места на место, где ветры самые сильные.

Последней частью Project Makani является компьютерная система. Он состоит из GPS и других датчиков, которые заставляют кайта двигаться по его траектории. Эти датчики гарантируют, что кайт находится в районах с сильным и постоянным ветром.

Оптимальные условия для кайта Макани Google X — это высота примерно от 140 м (459.3 фута) до 310 м (1017.1 фута) над уровнем земли и скорость ветра около 11.5 м/с (37.7 фута/с) (хотя на самом деле он может начать генерировать мощности при скорости ветра не менее 4 м/с (13.1 фут/с)). Когда кайт находится в этих оптимальных условиях, его радиус вращения составляет 145 м (475.7 фута).

Проект Makani предлагается в качестве замены обычным ветряным турбинам, потому что он более практичен, а также может достигать более сильных ветров, которые обычно сильнее и постояннее, чем те, что ближе к земле. Хотя к сожалению в отличие от обычных ветряков, его нельзя размещать в местах, близких к дорогам общего пользования или линиям электропередач, и его необходимо размещать дальше друг от друга, чтобы избежать столкновения воздушных змеев.

Проект Makani был впервые испытан в Пескадеро, Калифорния., район с очень непредсказуемыми и невероятно сильными ветрами. Google X пришел очень подготовленным и даже «хотел», чтобы по крайней мере пять воздушных змеев разбились во время их тестирования. Но за более чем 100 зарегистрированных часов полета им не удалось разбить ни одного воздушного змея, что, по мнению Google, не совсем хорошо. Теллер, например, признал, что они были довольно «противоречивы» с результатом, «Мы не хотели, чтобы он рухнул, но мы также чувствуем, что каким-то образом потерпели неудачу. Есть волшебство в том, что каждый верит, что мы могли потерпеть неудачу, потому что мы не потерпели неудачу». Это замечание, возможно, имело бы больше смысла, если бы мы приняли во внимание, что люди, включая Google, действительно могут большему научиться на неудачах и ошибках.

Бактерии, преобразующие солнечную энергию

Второе изобретение появилось в результате сотрудничества между факультетом искусств и наук Гарвардского университета, Гарвардской медицинской школой и Институтом биологической инженерии Висса, результатом которого стало то, что называется «бионический лист». В этом новом изобретении используются ранее обнаруженные технологии и идеи, а также несколько новых настроек. Основная цель бионического листа — превращать водород и углекислый газ в изопропанол с помощью солнечной энергии и бактерий, называемых Ралстония эутрофа - желаемый результат, поскольку изопропанол можно использовать в качестве жидкого топлива так же, как этанол.

Первоначально изобретение было связано с успехом Дэниела Носера из Гарвардского университета в разработке кобальт-фосфатного катализатора, который использует электричество для расщепления воды на водород и кислород. Но поскольку водород еще не прижился в качестве альтернативного топлива, Nocera решила объединиться с Памелой Сильвер и Джозефом Тореллой из Гарвардской медицинской школы, чтобы разработать новый подход.

В конце концов, команде пришла в голову вышеупомянутая идея использовать генетически модифицированную версию Ралстония эутрофа который может превращать водород и углекислый газ в изопропанол. В ходе исследования также было обнаружено, что различные виды бактерий могут также использоваться для создания других продуктов, включая фармацевтические препараты.

После этого Носере и Сильверу удалось построить биореактор с новым катализатором, бактериями и солнечными элементами для производства жидкого топлива. Катализатор может расщепить любую воду, даже сильно загрязненную; бактерии могут использовать отходы от потребления ископаемого топлива; и солнечные батареи получают постоянный поток энергии, пока есть солнце. В результате получается более экологичная форма топлива, которая производит меньше парниковых газов.

Итак, как работает это изобретение на самом деле довольно просто. Во-первых, ученые должны убедиться, что среда в биореакторе свободна от каких-либо питательных веществ, которые бактерии могут потреблять для производства нежелательных продуктов. После того, как это условие установлено, солнечные элементы и катализатор могут начать расщеплять воду на водород и кислород. Затем банку перемешивают, чтобы вывести бактерии из стадии их нормального роста. Это побуждает бактерии питаться вновь произведенным водородом, и, наконец, изопропанол выделяется бактериями в виде отходов.

Торелла сказал следующее о своем проекте и других видах устойчивых ресурсов: «Нефть и газ не являются устойчивыми источниками топлива, пластика, удобрений или множества других химических веществ, производимых с их помощью. Следующим лучшим ответом после нефти и газа является биология, которая в глобальном масштабе производит в 100 раз больше углерода в год посредством фотосинтеза, чем люди потребляют из нефти».