Going green: Nästa steg inom hållbar och förnybar energi

I takt med att vi upplever snabba framsteg i den tekniska utvecklingen under det senaste decenniet, börjar fler och fler idéer och försök dyka upp för att bekämpa effekterna av klimatförändringarna. Akademiker och industrier har till exempel blivit allt mer medvetna om att fossila bränslen blir mindre lönsamma och har därför försökt komma på olika alternativa energilösningar som är både mer hållbara och förnybara. En sådan ansträngning – som du kanske tror – skulle aldrig ha varit en enkel process, men resultatet är väl värt det i slutändan. Två olika grupper har framgångsrikt skapat potentiellt livsförändrande uppfinning när det gäller energiskapande, som du kan läsa i detaljer nedan.

Som en sidoanteckning, innan vi fortsätter, är det viktigt att komma ihåg att idéerna om hållbar och förnybar energi – även om de delar vissa likheter – i kärnan faktiskt skiljer sig från varandra. Hållbar energi är varje form av energi som kan skapas och användas utan att negativt påverka framtida generationer. Å andra sidan är förnybar energi energi som antingen inte förbrukas när den används eller lätt kan regenereras efter att den har använts. Båda typerna är miljövänliga, men hållbar energi kan förbrukas helt om den inte sparas eller övervakas ordentligt.

Googles drakdrivna vindkraftspark

Från skaparen av världens mest populära sökmotor kommer en ny källa till hållbar energi. Sedan köpet av Makani Power – en start-up dedikerad till att forska om vindkraft – 2013, har Google X arbetat med sitt senaste projekt, det passande namnet Projekt Makani. Project Makani är en stor, 7.3 m lång energidrake som kan generera mer kraft än ett vanligt vindkraftverk. Astro Teller, chef för Google X tror att "[om] det här fungerar som det är tänkt, skulle det på ett meningsfullt sätt påskynda den globala övergången till förnybar energi."

Det finns fyra huvudkomponenter i Project Makani. Den första är draken, som är flygplanslik till sitt utseende och rymmer 8 rotorer. Dessa rotorer hjälper till att få draken från marken och upp till sin optimala arbetshöjd. Vid rätt höjd stängs rotorerna av, och motståndet som skapas av vindarna som rör sig över rotorerna kommer att börja generera rotationsenergi. Denna energi omvandlas sedan till elektricitet. Draken flyger koncentriskt på grund av tjudet, som håller den ansluten till markstationen.

Nästa komponent är själva tjudet. Förutom att bara hålla draken mot marken, överför tjudet också den elektricitet som genereras till markstationen, samtidigt som kommunikationsinformationen vidarebefordras till draken. Tjudet är tillverkat av en ledande aluminiumtråd inlindad i kolfiber, vilket gör den flexibel men ändå stark.

Därefter kommer markstationen. Den fungerar som både bindningspunkt under drakens flygning och viloplats när draken inte används. Denna komponent tar också upp mindre utrymme än ett konventionellt vindturbin samtidigt som den är portabel, så den kan flyttas från plats till plats där vinden är som starkast.

Den sista biten av Project Makani är datorsystemet. Denna består av GPS och andra sensorer som håller draken på väg nerför sin väg. Dessa sensorer ser till att draken befinner sig i områden som har starka och konstanta vindar.

Optimala förhållanden för Google X:s Makani-drake är på höjder av ungefär mellan 140 m (459.3 ft) till 310 m (1017.1 ft) över marknivå och vid vindhastigheter på runt 11.5 m/s (37.7 ft/s) (även om den faktiskt kan börja generera effekt när vindhastigheterna är minst 4 m/s (13.1 ft/s)). När draken befinner sig vid dessa optimala förhållanden har den en cirkulerande radie på 145 m (475.7 fot).

Project Makani föreslås som en ersättning för konventionella vindkraftverk eftersom det är mer praktiskt och kan även nå högre vindar, som i allmänhet är starkare och mer konstanta än de som är närmare marknivån. Fast tyvärr till skillnad från konventionella vindkraftverk, den kan inte placeras på områden nära allmänna vägar eller kraftledningar, och måste placeras längre ifrån varandra för att undvika kraschar mellan drakarna.

Project Makani testades först i Pescadero, Kalifornien, ett område som har några mycket oförutsägbara och otroligt starka vindar. Google X kom väldigt förberedd och ”ville till och med” att minst fem drakar skulle krascha i deras testning. Men på över 100 loggade flygtimmar misslyckades de med att krascha en enda drake, vilket Google trodde inte var precis en bra sak. Teller, till exempel, medgav att de var ganska "konfliktiga" med resultatet, "Vi ville inte se det krascha, men vi känner också att vi misslyckades på något sätt. Det finns magi i att alla tror att vi kan ha misslyckats för att vi inte misslyckades.” Denna kommentar skulle möjligen vara mer vettig om vi anser att människor, inklusive Google, faktiskt kan lära sig mer av att misslyckas och göra misstag.

Solenergiomvandlande bakterier

Den andra uppfinningen kommer från ett samarbete mellan Harvard Universitys fakultet för konst och vetenskap, Harvard Medical School och Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, vilket har resulterat i vad som kallas "bioniska blad". Denna nya uppfinning använder tidigare upptäckta teknologier och idéer, tillsammans med ett par nya justeringar. Huvudsyftet med det bioniska bladet är att omvandla väte och koldioxid till isopropanol med hjälp av solenergi och en bakterie som kallas Ralstonia eutropha – ett önskat resultat eftersom isopropanol kan användas som flytande bränsle ungefär som etanol.

Ursprungligen härrörde uppfinningen från Daniel Nocera från Harvard Universitys framgång med att utveckla en kobolt-fosfatkatalysator som använder elektricitet för att dela vatten till väte och syre. Men eftersom väte ännu inte har slagit in som ett alternativt bränsle, bestämde sig Nocera för att samarbeta med Pamela Silver och Joseph Torella från Harvard Medical School för att komma på ett nytt tillvägagångssätt.

Så småningom kom teamet på den tidigare nämnda idén att använda en genetiskt modifierad version av Ralstonia eutropha som kan omvandla väte och koldioxid till isopropanol. Under forskningen fann man också att olika typer av bakterier också kunde användas för att skapa andra olika produkter inklusive läkemedel.

Efteråt lyckades Nocera och Silver sedan konstruera en bioreaktor komplett med den nya katalysatorn, bakterierna och solcellerna för att producera det flytande bränslet. Katalysatorn kan dela upp vilket vatten som helst, även om det är mycket förorenat; bakterierna kan använda avfallet från fossilbränsleförbrukning; och solcellerna får en konstant ström av kraft så länge det finns en sol. Sammantaget blir resultatet en grönare form av bränsle som orsakar lite växthusgaser.

Så, hur denna uppfinning fungerar är faktiskt ganska enkelt. Först måste forskarna säkerställa att miljön i bioreaktorn är fri från alla näringsämnen som bakterierna kan konsumera för att producera oönskade produkter. Efter att detta tillstånd är etablerat kan solcellerna och katalysatorn sedan börja dela upp vattnet till väte och syre. Därefter rörs burken om för att excitera bakterierna från deras normala tillväxtstadium. Detta får bakterierna att livnära sig på det nyproducerade vätet och slutligen avges isopropanol som avfall från bakterierna.

Torella hade detta att säga om sitt projekt och andra typer av hållbara resurser, "Olje och gas är inte hållbara källor till bränsle, plast, gödningsmedel eller de otaliga andra kemikalier som produceras med dem. Det näst bästa svaret efter olja och gas är biologi, som i globala tal producerar 100 gånger mer kol per år via fotosyntes än vad människor konsumerar från olja.”