Đi theo hướng xanh: Bước tiếp theo trong năng lượng bền vững và tái tạo

Khi chúng ta trải qua những tiến bộ nhanh chóng về phát triển công nghệ trong thập kỷ qua, ngày càng có nhiều ý tưởng và nỗ lực bắt đầu xuất hiện để chống lại tác động của biến đổi khí hậu. Ví dụ, các học giả và ngành công nghiệp ngày càng nhận thức được rằng nhiên liệu hóa thạch ngày càng trở nên kém khả thi hơn và do đó đã cố gắng đưa ra nhiều giải pháp năng lượng thay thế khác nhau bền vững hơn và có thể tái tạo. Nỗ lực như vậy - như bạn có thể nghĩ - sẽ không bao giờ là một quá trình dễ dàng, nhưng cuối cùng thì kết quả cũng rất xứng đáng. Hai nhóm khác nhau đã tạo ra thành công phát minh có khả năng thay đổi cuộc sống liên quan đến việc tạo ra năng lượng, bạn có thể đọc chi tiết bên dưới.

Một lưu ý nhỏ là trước khi tiến hành, điều quan trọng cần lưu ý là các ý tưởng về năng lượng bền vững và tái tạo - mặc dù chúng có một số điểm tương đồng - ở các lõi thực sự khác biệt với nhau. Năng lượng bền vững là bất kỳ dạng năng lượng nào có thể được tạo ra và sử dụng mà không tác động tiêu cực đến các thế hệ tương lai. Mặt khác, năng lượng tái tạo là năng lượng không bị cạn kiệt khi sử dụng hoặc có thể dễ dàng tái sinh sau khi sử dụng. Cả hai loại đều thân thiện với môi trường, nhưng năng lượng bền vững hoàn toàn có thể bị sử dụng hết nếu không được bảo tồn hoặc giám sát đúng cách.

Trang trại gió được hỗ trợ bởi Kite của Google

Từ người tạo ra công cụ tìm kiếm phổ biến nhất thế giới, một nguồn năng lượng bền vững mới. Kể từ khi mua Makani Power - một công ty khởi nghiệp chuyên nghiên cứu về năng lượng gió - vào năm 2013, Google X đã làm việc trên dự án mới nhất được đặt tên phù hợp Dự án Makani. Project Makani là một chiếc diều năng lượng lớn, dài 7.3m, có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn một tuabin gió thông thường. Astro Teller, Trưởng bộ phận Google X tin rằng, “[nếu] điều này hoạt động như thiết kế, nó sẽ đẩy nhanh một cách có ý nghĩa sự chuyển dịch toàn cầu sang năng lượng tái tạo.”.

Có bốn thành phần chính của Project Makani. Đầu tiên là chiếc diều, trông giống như một chiếc máy bay và có 8 cánh quạt. Những cánh quạt này giúp đưa diều lên khỏi mặt đất và lên đến độ cao hoạt động tối ưu của nó. Ở độ cao chính xác, các cánh quạt sẽ tắt và lực cản tạo ra từ gió di chuyển qua các cánh quạt sẽ bắt đầu tạo ra năng lượng quay. Năng lượng này sau đó được chuyển đổi thành điện năng. Con diều bay đồng tâm nhờ dây buộc giữ nó kết nối với trạm mặt đất.

Thành phần tiếp theo là chính dây buộc. Ngoài việc giữ con diều xuống đất, dây buộc còn chuyển điện được tạo ra đến trạm mặt đất, đồng thời chuyển tiếp thông tin liên lạc đến con diều. Dây buộc được làm từ một dây nhôm dẫn điện được bọc trong sợi carbon, làm cho nó trở nên linh hoạt nhưng chắc chắn.

Tiếp theo là trạm mặt đất. Nó hoạt động như một điểm kết nối trong quá trình bay của diều và là nơi nghỉ ngơi khi diều không được sử dụng. Thành phần này cũng chiếm ít không gian hơn so với tuabin gió thông thường trong khi có thể di động, vì vậy nó có thể di chuyển từ vị trí này đến vị trí có gió mạnh nhất.

Phần cuối cùng của Project Makani là hệ thống máy tính. Điều này bao gồm GPS và các cảm biến khác giữ cho diều đi xuống đường của nó. Các cảm biến này đảm bảo rằng diều ở trong khu vực có gió mạnh và liên tục.

Điều kiện tối ưu cho diều Makani của Google X là ở độ cao khoảng từ 140m (459.3 ft) đến 310m (1017.1 ft) so với mặt đất và ở tốc độ gió khoảng 11.5 m / s (37.7 ft / s) (mặc dù nó thực sự có thể bắt đầu tạo ra năng lượng khi tốc độ gió ít nhất là 4 m / s (13.1 ft / s)). Khi diều ở điều kiện tối ưu này, nó có bán kính quay vòng là 145m (475.7 ft).

Dự án Makani được đề xuất là một sự thay thế cho các tuabin gió thông thường vì nó thực tế hơn và cũng có thể đạt tới gió lớn hơn, thường mạnh hơn và ổn định hơn so với những tuabin gió gần mặt đất hơn. Mặc dù không may không giống như tuabin gió thông thường, nó không thể được đặt trên những khu vực gần đường công cộng hoặc đường dây điện, và phải được đặt cách xa nhau để tránh va chạm giữa các diều.

Project Makani lần đầu tiên được thử nghiệm ở Pescadero, California, một khu vực có một số cơn gió rất khó lường và cực kỳ mạnh. Google X đã chuẩn bị rất kỹ lưỡng và thậm chí còn “muốn” ít nhất năm con diều gặp sự cố trong quá trình thử nghiệm của họ. Nhưng trong hơn 100 giờ bay được ghi lại, họ không làm rơi một con diều nào, điều mà Google tin rằng đó không phải là điều tốt. Chẳng hạn, Teller thừa nhận rằng họ khá "mâu thuẫn" với kết quả, “Chúng tôi không muốn thấy nó sụp đổ, nhưng chúng tôi cũng cảm thấy như mình đã thất bại bằng cách nào đó. Có phép thuật trong tất cả mọi người tin rằng chúng tôi có thể đã thất bại bởi vì chúng tôi không thất bại. " Nhận xét này có thể sẽ có ý nghĩa hơn nếu chúng ta cho rằng mọi người, bao gồm cả Google, thực sự có thể học hỏi nhiều hơn từ những thất bại và sai lầm.

Vi khuẩn chuyển đổi năng lượng mặt trời

Phát minh thứ hai đến từ sự hợp tác giữa Khoa Nghệ thuật và Khoa học của Đại học Harvard, Trường Y Harvard và Viện Kỹ thuật Lấy cảm hứng Sinh học Wyss, đã dẫn đến cái được gọi là "lá bionic". Phát minh mới này sử dụng các công nghệ và ý tưởng đã được khám phá trước đó, cùng với một số tinh chỉnh mới. Mục đích chính của lá bionic là biến hydro và carbon dioxide thành isopropanol với sự hỗ trợ của năng lượng mặt trời và một loại vi khuẩn được gọi là Ralstonia phú dưỡng - một kết quả mong muốn vì isopropanol có thể được sử dụng làm nhiên liệu lỏng giống như etanol.

Ban đầu, phát minh này xuất phát từ thành công của Daniel Nocera thuộc Đại học Harvard trong việc phát triển chất xúc tác coban-photphat sử dụng điện để tách nước thành hydro và oxy. Nhưng vì hydro vẫn chưa được coi là nhiên liệu thay thế, Nocera quyết định hợp tác với Pamela Silver và Joseph Torella của Trường Y Harvard để tìm ra một cách tiếp cận mới.

Cuối cùng, nhóm đã đưa ra ý tưởng nói trên là sử dụng phiên bản biến đổi gen của Ralstonia phú dưỡng có thể biến đổi hydro và carbon dioxide thành isopropanol. Trong quá trình nghiên cứu, người ta cũng phát hiện ra rằng các loại vi khuẩn khác nhau cũng có thể được sử dụng để tạo ra nhiều loại sản phẩm khác bao gồm cả dược phẩm.

Sau đó, Nocera và Silver đã tìm cách xây dựng một lò phản ứng sinh học hoàn chỉnh với chất xúc tác mới, vi khuẩn và pin mặt trời để sản xuất nhiên liệu lỏng. Chất xúc tác có thể tách nước bất kỳ, ngay cả khi nó bị ô nhiễm nặng; vi khuẩn có thể sử dụng chất thải từ việc tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch; và các tế bào năng lượng mặt trời nhận được một dòng điện liên tục miễn là có mặt trời. Tất cả kết hợp lại, kết quả là một dạng nhiên liệu xanh hơn, ít gây ra khí nhà kính.

Vì vậy, cách thức hoạt động của phát minh này thực sự là khá đơn giản. Đầu tiên, các nhà khoa học cần đảm bảo rằng môi trường trong lò phản ứng sinh học không có bất kỳ chất dinh dưỡng nào mà vi khuẩn có thể tiêu thụ để tạo ra các sản phẩm không mong muốn. Sau khi điều kiện này được thiết lập, các pin mặt trời và chất xúc tác có thể bắt đầu phân tách nước thành hydro và oxy. Tiếp theo, bình được khuấy để kích thích vi khuẩn từ giai đoạn phát triển bình thường của chúng. Điều này khiến vi khuẩn ăn hydro mới được tạo ra và cuối cùng isopropanol được thải ra dưới dạng chất thải từ vi khuẩn.

Torella có điều này để nói về dự án của họ và các loại tài nguyên bền vững khác, “Dầu và khí đốt không phải là nguồn nhiên liệu bền vững, nhựa, phân bón hoặc vô số hóa chất khác được sản xuất cùng với chúng. Câu trả lời tốt nhất tiếp theo sau dầu mỏ và khí đốt là sinh học, về số lượng toàn cầu tạo ra lượng carbon nhiều hơn 100 lần mỗi năm qua quá trình quang hợp so với con người tiêu thụ từ dầu mỏ. "