走向綠色：可持續和可再生能源的下一步

隨著我們在過去十年中經歷技術發展的快速進步，越來越多的想法和嘗試開始出現以應對氣候變化的影響。 例如，學術界和工業界越來越意識到化石燃料的可行性越來越低，因此試圖提出各種更可持續和可再生的替代能源解決方案。 這樣的努力——你可能會想——從來都不是一個容易的過程，但最終的結果是值得的。 兩個不同的團體成功地創造了關於能源創造的潛在改變生活的發明，您可以在下面詳細閱讀。

作為旁注，在我們繼續之前，重要的是要記住，可持續和可再生能源的理念——雖然它們有一些相似之處——但它們的核心實際上是彼此不同的。 可持續能源是可以創造和使用而不會對後代產生負面影響的任何形式的能源。 另一方面，可再生能源是在使用時不會耗盡或在使用後很容易再生的能源。 這兩種類型都是環保的，但如果不妥善保存或監控可持續能源，則可能會完全耗盡。

谷歌風箏風電場

來自世界上最受歡迎的搜索引擎的創造者帶來了一種新的可持續能源。 自 2013 年收購 Makani Power（一家致力於研究風力發電的初創公司）以來，Google X 一直致力於其最新的項目，該項目恰如其分地命名為 馬卡尼計劃. Project Makani 是一個 7.3m 長的大型能源風箏，可產生比普通風力渦輪機更多的電力。 Google X 的負責人 Astro Teller 認為，“[如果] 這按設計進行，它將有意義地加速全球向可再生能源的轉變。”。

Project Makani 有四個主要組成部分。 第一個是風箏，它的外觀類似於飛機，裝有 8 個轉子。 這些轉子有助於使風箏離開地面並達到其最佳操作高度。 在正確的高度，轉子將關閉，風穿過轉子產生的阻力將開始產生旋轉能量。 然後將這種能量轉化為電能。 風箏因為繫繩而同心飛行，這使它與地面站保持連接。

下一個組件是繫繩本身。 除了將風箏固定在地面上之外，繫繩還將產生的電力傳輸到地面站，同時將通信信息傳遞給風箏。 繫繩由包裹在碳纖維中的導電鋁線製成，既靈活又堅固。

接下來是地面站。 它既是風箏飛行期間的系留點，又是風箏不使用時的休息場所。 與傳統風力渦輪機相比，該組件在便攜的同時佔用的空間更小，因此它可以從一個風力最強的位置移動到另一個位置。

Project Makani 的最後一部分是計算機系統。 這由 GPS 和其他傳感器組成，可以讓風箏沿著它的路徑前進。 這些傳感器確保風箏處於強風和持續風的區域。

Google X 的 Makani 風箏的最佳條件是海拔約 140m（459.3 英尺）至 310m（1017.1 英尺），風速約為 11.5 米/秒（37.7 英尺/秒）（儘管它實際上可以開始發電風速至少為 4 m/s (13.1 ft/s) 時的功率。 當風箏處於這些最佳條件時，它的盤旋半徑為 145 米（475.7 英尺）。

建議 Makani 項目作為傳統風力渦輪機的替代品，因為它更實用，也可以達到更高的風力，通常比接近地面的風力更強、更穩定。 雖然很遺憾 不同於傳統的風力渦輪機，它不能放置在靠近公共道路或電力線的區域，並且必須彼此遠離放置以避免風箏之間的碰撞。

Makani 項目首先在加利福尼亞州佩斯卡德羅進行測試，這個地區有一些非常不可預測和難以置信的強風。 Google X 已經做好了充分的準備，甚至“希望”至少有五個風箏在他們的測試中墜毀。 但在 100 多個有記錄的飛行小時內，他們未能使一個風箏墜毀，谷歌認為這並不是一件好事。 例如，泰勒承認他們與結果相當“矛盾”， “我們不想看到它崩潰，但我們也覺得我們以某種方式失敗了。 每個人都相信我們可能失敗了，因為我們沒有失敗，這是一種魔力。” 如果我們考慮到包括谷歌在內的人們實際上可以從失敗和犯錯中學到更多東西，這句話可能會更有意義。

太陽能轉化菌

第二項發明來自哈佛大學文理學院、哈佛醫學院和 Wyss 仿生工程研究所之間的合作，這導致了所謂的 “仿生葉”. 這項新發明使用了以前發現的技術和想法，以及一些新的調整。 仿生葉的主要目的是在太陽能和一種叫做細菌的幫助下將氫氣和二氧化碳轉化為異丙醇 富養羅爾斯頓菌 – 理想的結果，因為異丙醇可以像乙醇一樣用作液體燃料。

最初，該發明源於哈佛大學的丹尼爾·諾切拉（Daniel Nocera）成功開發了一種磷酸鈷催化劑，該催化劑利用電力將水分解成氫氣和氧氣。 但由於氫作為替代燃料尚未流行起來，Nocera 決定與哈佛醫學院的 Pamela Silver 和 Joseph Torella 合作找出一種新方法。

最終，該團隊提出了上述想法，即使用轉基因版本的 富養羅爾斯頓菌 可以將氫氣和二氧化碳轉化為異丙醇。 在研究過程中，還發現不同類型的細菌也可用於製造其他種類的產品，包括藥品。

之後，Nocera 和 Silver 設法建造了一個生物反應器，配備了新的催化劑、細菌和太陽能電池，以生產液體燃料。 催化劑可以分解任何水，即使是高度污染的水； 細菌可以利用化石燃料消耗產生的廢物； 只要有太陽，太陽能電池就會獲得源源不斷的電力。 綜合起來，結果是一種更環保的燃料，幾乎不會產生溫室氣體。

因此， 本發明如何運作 其實很簡單。 首先，科學家需要確保生物反應器中的環境沒有細菌可以消耗的任何營養物質來生產不需要的產品。 在這種條件建立後，太陽能電池和催化劑可以開始將水分解成氫氣和氧氣。 接下來，攪拌罐子以激發細菌從其正常生長階段。 這會誘導細菌以新產生的氫氣為食，最後異丙醇作為細菌的廢物釋放出來。

Torella 對他們的項目和其他類型的可持續資源有這樣的看法，“石油和天然氣不是燃料、塑料、化肥或用它們生產的無數其他化學品的可持續來源。 石油和天然氣之後的下一個最佳答案是生物學，在全球範圍內，每年通過光合作用產生的碳是人類從石油中消耗的碳的 100 倍。”