Kuwa kijani kibichi: Hatua inayofuata katika nishati endelevu na mbadala

Tunapopitia maendeleo ya haraka katika maendeleo ya kiteknolojia katika muongo uliopita, mawazo na majaribio zaidi na zaidi yanaanza kujitokeza kupambana na athari za mabadiliko ya hali ya hewa. Wasomi na tasnia, kwa mfano, wamezidi kufahamu kuwa nishati ya kisukuku haitumiki sana na hivyo kujaribu kupata suluhisho mbalimbali za nishati mbadala ambazo ni endelevu na zinazoweza kutumika tena. Jitihada kama hizo - kama unavyofikiria - haingekuwa mchakato rahisi, lakini matokeo yake yanafaa mwishowe. Vikundi viwili tofauti vimefanikiwa kuunda uvumbuzi unaoweza kubadilisha maisha kuhusiana na uundaji wa nishati, ambao unaweza kuusoma kwa undani hapa chini.

Kama dokezo la upande, kabla hatujaendelea, ni muhimu kukumbuka kwamba mawazo ya nishati endelevu na mbadala - wakati yanashiriki baadhi ya kufanana - katika msingi ni tofauti kabisa kutoka kwa nyingine. Nishati endelevu ni aina yoyote ya nishati inayoweza kuundwa na kutumika bila kuathiri vibaya vizazi vijavyo. Kwa upande mwingine, nishati mbadala ni nishati ambayo ama haipungui inapotumiwa au inaweza kufanywa upya kwa urahisi baada ya kutumika. Aina zote mbili ni rafiki wa mazingira, lakini nishati endelevu inaweza kutumika kabisa ikiwa haitahifadhiwa au kufuatiliwa ipasavyo.

Shamba la Upepo la Kite la Google

Kutoka kwa mtengenezaji wa injini ya utafutaji maarufu zaidi duniani huja chanzo kipya cha nishati endelevu. Tangu kununuliwa kwa Makani Power - iliyoanzishwa kwa ajili ya kutafiti nishati ya upepo - mwaka wa 2013, Google X imefanya kazi katika mradi wake mpya kabisa uliopewa jina kwa usahihi. Mradi Makani. Mradi wa Makani ni kite kikubwa cha nishati cha urefu wa 7.3m ambacho kinaweza kutoa nguvu zaidi kuliko turbine ya kawaida ya upepo. Astro Teller, Mkuu wa Google X anaamini kwamba, "[ikiwa] hii itafanya kazi kama ilivyoundwa, itaharakisha hatua ya kimataifa ya nishati mbadala."

Kuna sehemu kuu nne za Mradi wa Makani. Ya kwanza ni kite, ambayo inafanana na ndege kwa kuonekana kwake na nyumba 8 rotors. Rota hizi husaidia kupata kite kutoka ardhini na hadi urefu wake bora wa kufanya kazi. Kwa urefu sahihi, rotors itazima, na buruta iliyoundwa kutoka kwa upepo unaozunguka kwenye rotors itaanza kutoa nishati ya mzunguko. Nishati hii basi inabadilishwa kuwa umeme. Kite huruka kwa umakini kwa sababu ya mshikamano, ambayo huiweka kushikamana na kituo cha ardhini.

Sehemu inayofuata ni tether yenyewe. Mbali na kushikilia tu kite chini, teta pia huhamisha umeme unaozalishwa kwenye kituo cha chini, na wakati huo huo kupeleka habari za mawasiliano kwenye kite. Kitengo cha kufunga nyaya kimetengenezwa kutoka kwa waya ya alumini inayopitisha umeme iliyofunikwa kwa nyuzinyuzi za kaboni, na kuifanya inyumbulike lakini yenye nguvu.

Ifuatayo inakuja kituo cha chini. Inafanya kazi kama sehemu ya kuunganisha wakati wa ndege ya kite na mahali pa kupumzika wakati kite haitumiki. Kipengele hiki pia huchukua nafasi kidogo kuliko turbine ya kawaida ya upepo wakati inabebeka, kwa hivyo inaweza kusonga kutoka eneo hadi eneo ambapo upepo ni mkali zaidi.

Sehemu ya mwisho ya Mradi wa Makani ni mfumo wa kompyuta. Hii inajumuisha GPS na vihisi vingine vinavyofanya kite kwenda chini kwenye njia yake. Sensorer hizi huhakikisha kwamba kite iko katika maeneo ambayo yana upepo mkali na usiobadilika.

Hali bora kwa kite ya Makani ya Google X iko katika mwinuko wa takriban kati ya 140m (459.3 ft) hadi 310m (1017.1 ft) juu ya usawa wa ardhi na kwa kasi ya upepo ya karibu 11.5 m/s (37.7 ft/s) (ingawa inaweza kuanza kuzalisha nguvu wakati kasi ya upepo ni angalau 4 m/s (13.1 ft/s)). Wakati kite iko katika hali hizi bora, ina eneo la mviringo la 145m (futi 475.7).

Mradi wa Makani unapendekezwa kama mbadala wa mitambo ya kawaida ya upepo kwa sababu ni ya vitendo zaidi na inaweza pia kufikia pepo za juu zaidi, ambazo kwa ujumla ni kali na zisizobadilika kuliko zile zilizo karibu na usawa wa ardhi. Ingawa kwa bahati mbaya tofauti na mitambo ya kawaida ya upepo, haiwezi kuwekwa kwenye maeneo ya karibu na barabara za umma au nyaya za umeme, na inapaswa kuwekwa kando zaidi kutoka kwa kila mmoja ili kuepuka ajali kati ya kites.

Mradi wa Makani ulijaribiwa kwa mara ya kwanza huko Pescadero, California, eneo ambalo lina upepo mkali usiotabirika na wenye nguvu ajabu. Google X ilikuja ikiwa imetayarishwa sana, na hata "ilitaka"  angalau kaiti tano zivunjike katika majaribio yao. Lakini katika zaidi ya saa 100 za safari za ndege, walishindwa kuangusha kite hata kimoja, ambacho Google iliamini kuwa si jambo zuri kabisa. Teller, kwa mfano, alikiri kwamba badala yake "walipingwa" na matokeo, "Hatukutaka kuiona ikianguka, lakini pia tunahisi kama tumeshindwa kwa namna fulani. Kuna uchawi kwa kila mtu kuamini kwamba tunaweza kuwa tumeshindwa kwa sababu hatukufeli." Usemi huu unaweza kuwa na maana zaidi ikiwa tutazingatia kwamba watu, ikiwa ni pamoja na Google, wanaweza kujifunza zaidi kutokana na kushindwa na kufanya makosa.

Bakteria ya Kubadilisha Nishati ya jua

Uvumbuzi wa pili unatokana na ushirikiano kati ya Kitivo cha Sanaa na Sayansi cha Chuo Kikuu cha Harvard, Shule ya Matibabu ya Harvard, na Taasisi ya Wyss ya Uhandisi Ulioongozwa na Biolojia, ambayo imesababisha kile kinachoitwa "jani la bionic". Uvumbuzi huu mpya unatumia teknolojia na mawazo yaliyogunduliwa awali, pamoja na marekebisho kadhaa mapya. Kusudi kuu la jani la bionic ni kugeuza hidrojeni na dioksidi kaboni kuwa isopropanoli kwa msaada wa nguvu ya jua na bakteria inayoitwa. Ralstonia eutropha - matokeo yanayotarajiwa kwani isopropanoli inaweza kutumika kama mafuta ya kioevu kama vile ethanol.

Hapo awali, uvumbuzi huo ulitokana na mafanikio ya Daniel Nocera wa Chuo Kikuu cha Harvard katika kutengeneza kichocheo cha cobalt-fosfati kinachotumia umeme kupasua maji kuwa hidrojeni na oksijeni. Lakini kwa kuwa haidrojeni bado haijatumika kama mafuta mbadala, Nocera aliamua kuungana na Pamela Silver na Joseph Torella wa Shule ya Matibabu ya Harvard ili kujua mbinu mpya.

Hatimaye, timu ilikuja na wazo lililotajwa hapo juu la kutumia toleo lililobadilishwa vinasaba Ralstonia eutropha ambayo inaweza kubadilisha hidrojeni na dioksidi kaboni kuwa isopropanoli. Wakati wa utafiti, iligundulika pia kuwa aina tofauti za bakteria pia zinaweza kutumika kutengeneza bidhaa zingine tofauti zikiwemo za dawa.

Baadaye, Nocera na Silver walifanikiwa kuunda kinu cha kibaolojia kilichokamilika na kichocheo kipya, bakteria na seli za jua kutoa mafuta ya kioevu. Kichocheo kinaweza kupasua maji yoyote, hata ikiwa yanajisi sana; bakteria wanaweza kutumia taka kutoka kwa matumizi ya mafuta; na seli za jua hupokea mkondo wa kudumu wa nguvu mradi tu kuna jua. Yote kwa pamoja, matokeo yake ni aina ya mafuta ya kijani ambayo husababisha gesi chafu za chafu.

Hivyo, jinsi uvumbuzi huu unavyofanya kazi kwa kweli ni rahisi sana. Kwanza, wanasayansi wanahitaji kuhakikisha kwamba mazingira katika bioreactor haina virutubisho yoyote ambayo bakteria wanaweza kutumia ili kuzalisha bidhaa zisizohitajika. Baada ya hali hii kuanzishwa, seli za jua na kichocheo zinaweza kuanza kugawanya maji ndani ya hidrojeni na oksijeni. Kisha, mtungi huchochewa ili kusisimua bakteria kutoka katika hatua yao ya ukuaji wa kawaida. Hii huwashawishi bakteria kulisha hidrojeni mpya inayozalishwa na hatimaye isopropanoli hutolewa kama taka kutoka kwa bakteria.

Torella alikuwa na haya ya kusema kuhusu mradi wao na aina nyingine za rasilimali endelevu, “Mafuta na gesi si vyanzo endelevu vya mafuta, plastiki, mbolea, au maelfu ya kemikali nyinginezo zinazozalishwa nazo. Jibu bora zaidi baada ya mafuta na gesi ni biolojia, ambayo kwa idadi ya kimataifa hutoa kaboni mara 100 kwa mwaka kupitia usanisinuru kuliko wanadamu hutumia kutoka kwa mafuta.