ก้าวสู่สีเขียว: ก้าวต่อไปของพลังงานหมุนเวียนที่ยั่งยืน

ในขณะที่เราประสบกับความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในการพัฒนาทางเทคโนโลยีในทศวรรษที่ผ่านมา ความคิดและความพยายามก็เริ่มปรากฏให้เห็นมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อต่อสู้กับผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ตัวอย่างเช่น นักวิชาการและอุตสาหกรรมตระหนักมากขึ้นว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลเริ่มมีประสิทธิภาพน้อยลง จึงพยายามคิดค้นโซลูชั่นพลังงานทางเลือกต่างๆ ที่มีทั้งความยั่งยืนและหมุนเวียนได้มากขึ้น ความพยายามดังกล่าว – อย่างที่คุณคิด – คงไม่ใช่กระบวนการที่ง่าย แต่ผลลัพธ์ที่ได้ก็คุ้มค่าในที่สุด สองกลุ่มที่แตกต่างกันประสบความสำเร็จในการสร้างสิ่งประดิษฐ์ที่อาจเปลี่ยนแปลงชีวิตเกี่ยวกับการสร้างพลังงาน ซึ่งคุณสามารถอ่านรายละเอียดด้านล่าง

ก่อนที่เราจะดำเนินการต่อ สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าแนวคิดเกี่ยวกับพลังงานที่ยั่งยืนและหมุนเวียน - แม้ว่าจะมีความคล้ายคลึงกันบ้าง - ที่แกนกลางจริงๆ แล้วมีความแตกต่างกัน พลังงานที่ยั่งยืนคือพลังงานรูปแบบใดก็ตามที่สามารถสร้างและนำไปใช้ได้โดยไม่ส่งผลเสียต่อคนรุ่นต่อๆ ไป ในทางกลับกัน พลังงานทดแทนคือพลังงานที่จะไม่หมดไปเมื่อนำไปใช้หรือสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้ง่ายหลังจากใช้งานไปแล้ว ทั้งสองประเภทเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่พลังงานที่ยั่งยืนสามารถนำไปใช้ได้หมดหากไม่ได้รับการอนุรักษ์หรือตรวจสอบอย่างเหมาะสม

ฟาร์มกังหันลมที่ขับเคลื่อนด้วยว่าวของ Google

จากผู้สร้างเสิร์ชเอ็นจิ้นที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในโลกมาสู่แหล่งพลังงานที่ยั่งยืนแห่งใหม่ นับตั้งแต่ซื้อ Makani Power ซึ่งเป็นบริษัทสตาร์ทอัพที่มุ่งเน้นการวิจัยพลังงานลมในปี 2013 Google X ได้ดำเนินการในโครงการใหม่ล่าสุดที่มีชื่อว่า aptly โครงการมาคานี. Project Makani เป็นว่าวพลังงานขนาดใหญ่ยาว 7.3 เมตรที่สามารถสร้างพลังงานได้มากกว่ากังหันลมทั่วไป Astro Teller หัวหน้าของ Google X เชื่อว่า "[หาก] สิ่งนี้ทำงานได้ตามที่ออกแบบไว้ จะช่วยเร่งการเปลี่ยนไปสู่พลังงานทดแทนทั่วโลกได้อย่างมีนัยสำคัญ"

มีองค์ประกอบหลักสี่ประการของโครงการ Makani อย่างแรกคือว่าวซึ่งมีรูปลักษณ์คล้ายเครื่องบินและมีใบพัด 8 ตัว โรเตอร์เหล่านี้ช่วยให้ว่าวลอยขึ้นจากพื้นและอยู่ในระดับความสูงที่เหมาะสมที่สุด ที่ความสูงที่ถูกต้อง โรเตอร์จะปิด และแรงต้านที่เกิดจากลมที่เคลื่อนผ่านโรเตอร์จะเริ่มสร้างพลังงานในการหมุน พลังงานนี้จะถูกแปลงเป็นไฟฟ้า ว่าวบินอยู่ในศูนย์กลางเนื่องจากมีสายโยง ซึ่งทำให้เชื่อมต่อกับสถานีภาคพื้นดิน

ส่วนประกอบถัดไปคือตัวโยงเอง นอกเหนือจากการยึดว่าวไว้กับพื้นแล้ว สายโยงยังถ่ายโอนกระแสไฟฟ้าที่ผลิตไปยังสถานีภาคพื้นดิน ขณะเดียวกันก็ส่งข้อมูลการสื่อสารไปยังว่าวด้วย สายโยงทำจากลวดอลูมิเนียมนำไฟฟ้าที่หุ้มด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ ทำให้มีความยืดหยุ่นแต่ก็แข็งแรง

ถัดมาเป็นสถานีภาคพื้นดิน ทำหน้าที่เป็นทั้งจุดเชื่อมโยงระหว่างว่าวบินและสถานที่พักผ่อนเมื่อไม่ได้ใช้งานว่าว ส่วนประกอบนี้ยังใช้พื้นที่น้อยกว่ากังหันลมทั่วไปในขณะที่พกพาได้ จึงสามารถเคลื่อนย้ายจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งที่มีลมแรงที่สุด

ชิ้นสุดท้ายของ Project Makani คือระบบคอมพิวเตอร์ ประกอบด้วย GPS และเซ็นเซอร์อื่นๆ ที่ทำให้ว่าวเคลื่อนไปตามเส้นทาง เซ็นเซอร์เหล่านี้ช่วยให้แน่ใจว่าว่าวอยู่ในพื้นที่ที่มีลมแรงและสม่ำเสมอ

สภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับว่าว Makani ของ Google X อยู่ที่ระดับความสูงประมาณระหว่าง 140 ม. (459.3 ฟุต) ถึง 310 ม. (1017.1 ฟุต) เหนือระดับพื้นดินและที่ความเร็วลมประมาณ 11.5 ม./วินาที (37.7 ฟุต/วินาที) (แม้ว่าจะสามารถเริ่มสร้างว่าวได้จริงก็ตาม กำลังเมื่อความเร็วลมอย่างน้อย 4 เมตร/วินาที (13.1 ฟุต/วินาที)) เมื่อว่าวอยู่ในสภาพที่เหมาะสม จะมีรัศมีวงเวียน 145 ม. (475.7 ฟุต)

แนะนำให้ใช้โครงการ Makani เพื่อทดแทนกังหันลมแบบธรรมดา เนื่องจากใช้งานได้จริงมากกว่าและยังสามารถเข้าถึงลมที่สูงกว่าได้ ซึ่งโดยทั่วไปจะแรงกว่าและคงที่มากกว่าลมที่อยู่ใกล้ระดับพื้นดิน แม้ว่าน่าเสียดาย แตกต่างจากกังหันลมทั่วไปไม่สามารถวางบนพื้นที่ใกล้ถนนสาธารณะหรือสายไฟได้ และต้องวางให้ห่างจากกันเพื่อหลีกเลี่ยงการชนระหว่างว่าว

Project Makani ได้รับการทดสอบครั้งแรกในเมือง Pescadero รัฐแคลิฟอร์เนียซึ่งเป็นบริเวณที่มีลมแรงอย่างไม่อาจคาดเดาได้และรุนแรงอย่างไม่น่าเชื่อ Google X เตรียมพร้อมเป็นอย่างดี และแม้กระทั่ง "ต้องการ" ว่าวอย่างน้อยห้าตัวพังในการทดสอบ แต่ในชั่วโมงบินกว่า 100 ชั่วโมง พวกเขาล้มเหลวในการเล่นว่าวแม้แต่ลูกเดียว ซึ่ง Google เชื่อว่าไม่ใช่สิ่งที่ดีนัก ตัวอย่างเช่น Teller ยอมรับว่าพวกเขาค่อนข้าง "ขัดแย้ง" กับผลลัพธ์ที่ได้ “เราไม่อยากเห็นมันพัง แต่เราก็รู้สึกเหมือนเราล้มเหลวเช่นกัน มีความมหัศจรรย์ในตัวทุกคนที่เชื่อว่าเราอาจล้มเหลวเพราะเราไม่ได้ล้มเหลว” คำพูดนี้อาจสมเหตุสมผลมากขึ้นหากเราพิจารณาว่าผู้คน รวมถึง Google สามารถเรียนรู้เพิ่มเติมจากความล้มเหลวและการทำผิดพลาดได้จริง

พลังงานแสงอาทิตย์แปลงแบคทีเรีย

สิ่งประดิษฐ์ชิ้นที่สองมาจากความร่วมมือระหว่างคณะอักษรศาสตร์และวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด โรงเรียนแพทย์ฮาร์วาร์ด และสถาบัน Wyss สำหรับวิศวกรรมแรงบันดาลใจทางชีวภาพ ซึ่งส่งผลให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า "ใบไบโอนิค". สิ่งประดิษฐ์ใหม่นี้ใช้เทคโนโลยีและแนวคิดที่ค้นพบก่อนหน้านี้ พร้อมด้วยการปรับแต่งใหม่สองสามประการ วัตถุประสงค์หลักของใบไบโอนิคคือการเปลี่ยนไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นไอโซโพรพานอลด้วยความช่วยเหลือของพลังงานแสงอาทิตย์และแบคทีเรียที่เรียกว่า ราลสโตเนีย ยูโทรฟา – ผลลัพธ์ที่ต้องการเนื่องจากไอโซโพรพานอลสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงเหลวได้เหมือนกับเอธานอล

ในตอนแรก สิ่งประดิษฐ์นี้เกิดขึ้นจากความสำเร็จของ Daniel Nocera แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดในการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาโคบอลต์-ฟอสเฟตที่ใช้ไฟฟ้าเพื่อแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน แต่เนื่องจากไฮโดรเจนยังไม่ถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงทางเลือก Nocera จึงตัดสินใจร่วมมือกับ Pamela Silver และ Joseph Torella จาก Harvard Medical School เพื่อหาแนวทางใหม่

ในที่สุดทีมงานก็เกิดแนวคิดดังกล่าวเพื่อใช้เวอร์ชันดัดแปลงพันธุกรรม ราลสโตเนีย ยูโทรฟา ที่สามารถเปลี่ยนไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นไอโซโพรพานอลได้ ในระหว่างการวิจัย ยังพบว่าแบคทีเรียประเภทต่างๆ สามารถใช้สร้างผลิตภัณฑ์อื่นๆ ได้หลากหลาย รวมถึงยาด้วย

หลังจากนั้น Nocera และ Silver ก็สามารถสร้างเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ แบคทีเรีย และเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อผลิตเชื้อเพลิงเหลว ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถแยกน้ำใดๆ ได้ แม้ว่าจะมีมลพิษสูงก็ตาม แบคทีเรียสามารถนำของเสียจากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล และเซลล์แสงอาทิตย์จะได้รับกระแสพลังงานคงที่ตราบเท่าที่มีดวงอาทิตย์ เมื่อรวมกันทั้งหมด ผลลัพธ์ที่ได้คือเชื้อเพลิงรูปแบบที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นซึ่งทำให้เกิดก๊าซเรือนกระจกเพียงเล็กน้อย

ดังนั้น สิ่งประดิษฐ์นี้ทำงานอย่างไร จริงๆ แล้วค่อนข้างเรียบง่าย ขั้นแรก นักวิทยาศาสตร์ต้องแน่ใจว่าสภาพแวดล้อมในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพปราศจากสารอาหารใดๆ ที่แบคทีเรียสามารถนำมาใช้เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่ไม่พึงประสงค์ได้ หลังจากที่เงื่อนไขนี้เกิดขึ้น เซลล์แสงอาทิตย์และตัวเร่งปฏิกิริยาก็สามารถเริ่มแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนได้ จากนั้น คนขวดโหลเพื่อกระตุ้นแบคทีเรียจากระยะการเจริญเติบโตปกติ สิ่งนี้ทำให้แบคทีเรียกินไฮโดรเจนที่สร้างขึ้นใหม่และในที่สุดไอโซโพรพานอลก็ถูกปล่อยออกเป็นของเสียจากแบคทีเรีย

Torella กล่าวถึงโครงการของพวกเขาและทรัพยากรที่ยั่งยืนประเภทอื่นๆ ว่า “น้ำมันและก๊าซไม่ใช่แหล่งเชื้อเพลิง พลาสติก ปุ๋ย หรือสารเคมีอื่นๆ มากมายที่ผลิตร่วมกับพวกเขาอย่างยั่งยืน คำตอบที่ดีที่สุดรองลงมาหลังจากน้ำมันและก๊าซคือชีววิทยา ซึ่งในตัวเลขทั่วโลกผลิตคาร์บอนผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสงมากกว่าที่มนุษย์บริโภคจากน้ำมันถึง 100 เท่าต่อปี”