Екологічність: наступний крок до сталої та відновлюваної енергії

Оскільки за останнє десятиліття ми спостерігаємо швидкий прогрес у технологічних розробках, починає з’являтися все більше ідей і спроб боротися з наслідками зміни клімату. Наприклад, науковці та представники промисловості все більше усвідомлюють, що викопне паливо стає менш життєздатним, і тому намагаються запропонувати різноманітні альтернативні енергетичні рішення, які є більш стійкими та відновлюваними. Такі зусилля – як ви можете подумати – ніколи не були б легким процесом, але результат зрештою того вартий. Дві різні групи успішно створили потенційно кардинальний винахід щодо створення енергії, про який ви можете прочитати нижче.

До речі, перш ніж ми продовжимо, важливо пам’ятати, що ідеї сталої та відновлюваної енергії – хоча вони й мають певну схожість – у своїй основі насправді відрізняються одна від одної. Стала енергія – це будь-яка форма енергії, яку можна створювати та використовувати без негативного впливу на майбутні покоління. З іншого боку, відновлювана енергія – це енергія, яка або не виснажується під час використання, або може бути легко відновлена ​​після використання. Обидва типи є екологічно чистими, але стійка енергія може бути повністю використана, якщо вона не зберігається або не контролюється належним чином.

Вітряна електростанція Google, що працює на повітряних зміях

Від творця найпопулярнішої у світі пошукової системи – нове джерело сталої енергії. Після придбання Makani Power – стартапу, який займається дослідженнями енергії вітру – у 2013 році, Google X працював над своїм найновішим проектом із влучною назвою Проект Макані. Проект Макані — це великий енергетичний змій довжиною 7.3 м, який може генерувати більше енергії, ніж звичайна вітрова турбіна. Астро Теллер, керівник Google X, вважає, що «[якщо] це запрацює, як задумано, це істотно прискорить глобальний перехід до відновлюваної енергії».

Проект Макані складається з чотирьох основних компонентів. Перший — повітряний змій, який за зовнішнім виглядом нагадує літак і містить 8 роторів. Ці ротори допомагають підняти повітряного змія на оптимальну робочу висоту. На правильній висоті ротори вимкнуться, а опір, створений вітром, що рухається поперек роторів, почне генерувати обертальну енергію. Потім ця енергія перетворюється в електрику. Повітряний змій летить концентрично завдяки тросу, який утримує його на зв’язку з наземною станцією.

Наступний компонент - це власне трос. Окрім простого утримання повітряного змія на землі, прив’язка також передає вироблену електроенергію на наземну станцію, одночасно передаючи повітряному змію комунікаційну інформацію. Ремінь виготовлено з провідного алюмінієвого дроту, обгорнутого вуглецевим волокном, що робить його гнучким, але міцним.

Далі йде наземна станція. Він діє як точка прив’язки під час польоту повітряного змія та місце відпочинку, коли він не використовується. Цей компонент також займає менше місця, ніж звичайна вітряна турбіна, але є портативним, тому його можна переміщати з місця на місце, де вітер найсильніший.

Останнім елементом проекту Макані є комп’ютерна система. Він складається з GPS та інших датчиків, які тримають повітряного змія на своєму шляху. Ці датчики гарантують, що кайт знаходиться в місцях із сильними та постійними вітрами.

Оптимальні умови для повітряного змія Макані Google X знаходяться на висоті приблизно від 140 м (459.3 футів) до 310 м (1017.1 футів) над рівнем землі та за швидкості вітру близько 11.5 м/с (37.7 футів/с) (хоча він насправді може почати генерувати при швидкості вітру не менше 4 м/с (13.1 футів/с)). Коли кайт знаходиться в цих оптимальних умовах, він має радіус обігу 145 м (475.7 футів).

Проект Макані пропонується замінити звичайні вітряні турбіни, оскільки він більш практичний і також може досягати сильніших вітрів, які, як правило, сильніші та постійніші, ніж вітри, розташовані ближче до рівня землі. Хоча на жаль на відміну від звичайних вітрових турбін, його не можна розміщувати на ділянках поблизу доріг загального користування чи ліній електропередач, і його потрібно розміщувати далі один від одного, щоб уникнути зіткнення повітряних зміїв.

Проект Макані вперше випробували в Пескадеро, Каліфорнія, регіон з дуже непередбачуваними та неймовірно сильними вітрами. Google X був дуже підготовлений і навіть «хотів»  щонайменше п’яти повітряних зміїв розбитися під час тестування. Але за понад 100 зареєстрованих годин польоту їм не вдалося розбити жодного повітряного змія, що, на думку Google, не зовсім добре. Теллер, наприклад, зізнався, що вони були досить «конфліктними» з результатом, «Ми не хотіли, щоб він впав, але ми також відчуваємо, що ми якимось чином зазнали невдачі. Є магія в тому, що всі вірять, що ми могли зазнати невдачі, тому що ми не зазнали невдачі». Це зауваження, мабуть, матиме більше сенсу, якщо ми врахуємо, що люди, включно з Google, насправді можуть більше навчитися на невдачах і помилках.

Бактерії, що перетворюють сонячну енергію

Другий винахід став результатом співпраці між факультетом мистецтв і наук Гарвардського університету, Гарвардською медичною школою та Інститутом біологічно натхненної інженерії Вісса, що призвело до того, що називається "біонічний лист". Цей  новий винахід використовує раніше відкриті технології та ідеї, а також кілька нових налаштувань. Основне призначення біонічного листа — перетворювати водень і вуглекислий газ на ізопропанол за допомогою сонячної енергії та бактерії, яка називається Ralstonia eutropha – бажаний результат, оскільки ізопропанол можна використовувати як рідке паливо так само, як і етанол.

Спочатку винахід став результатом успіху Деніела Носери з Гарвардського університету в розробці кобальт-фосфатного каталізатора, який використовує електрику для розщеплення води на водень і кисень. Але оскільки водень ще не став популярним як альтернативне паливо, Nocera вирішив об’єднатися з Памелою Сільвер і Джозефом Тореллою з Гарвардської медичної школи, щоб знайти новий підхід.

Зрештою команда прийшла до вищезазначеної ідеї використовувати генетично модифіковану версію Ralstonia eutropha здатні перетворювати водень і вуглекислий газ в ізопропанол. Під час дослідження було також виявлено, що різні типи бактерій також можна використовувати для створення інших різноманітних продуктів, включаючи фармацевтичні препарати.

Згодом Nocera та Silver зуміли побудувати біореактор із новим каталізатором, бактеріями та сонячними елементами для виробництва рідкого палива. Каталізатор може розщепити будь-яку воду, навіть якщо вона сильно забруднена; бактерії можуть використовувати відходи споживання викопного палива; і сонячні батареї отримують постійний потік енергії, поки є сонце. У сукупності в результаті виходить екологічніша форма палива, яка спричиняє невеликі викиди парникових газів.

Отже, як працює цей винахід насправді досить просто. По-перше, вчені повинні переконатися, що середовище в біореакторі вільне від будь-яких поживних речовин, які бактерії можуть споживати для виробництва небажаних продуктів. Після встановлення цієї умови сонячні батареї та каталізатор можуть почати розщеплювати воду на водень і кисень. Далі банку перемішують, щоб збудити бактерії від нормальної стадії росту. Це спонукає бактерії харчуватися щойно виробленим воднем, і, нарешті, ізопропанол виділяється як відходи бактерій.

Про їхній проект та інші види стійких ресурсів Торелла сказав наступне: «Нафта й газ не є стійкими джерелами палива, пластику, добрив чи безлічі інших хімічних речовин, які вони виробляють. Наступною найкращою відповіддю після нафти та газу є біологія, яка, за глобальними цифрами, виробляє в 100 разів більше вуглецю на рік за допомогою фотосинтезу, ніж люди споживають із нафти».