Zrównoważony rozwój
Świat rosnącego zapotrzebowania na energię i malejących zasobów musi koniecznie poszukiwać nowych źródeł energii.
W ostatnich latach energia odnawialna była od dawna popularnym tematem rozmów, ale idea ta znacznie wyprzedza wszelkie rozmowy o „szczytowej ropie”: na przykład zarówno energia wiatrowa, jak i słoneczna są wielowiekowymi pomysłami. Patent USA nr US389124, „Ogniwo słoneczne” pochodzi z 1888 r., Podczas gdy energia wiatru jest jeszcze starsza: w Europie wiatraki były używane do mielenia ziarna przez większą część ostatniego tysiąclecia. (Jednak wiatrak został po raz pierwszy użyty do produkcji energii elektrycznej stosunkowo niedawno, w 1887 roku w Glasgow.)
Obecnie nadal opracowywane są alternatywy dla paliw kopalnych i innych nieodnawialnych zasobów. Oto 8 z nich. Chociaż wiele z nich wiąże się ze znacznymi kosztami początkowymi i nie można ich tak naprawdę wdrożyć na dużą skalę, stanowią one jednak ekscytujące nowe kierunki myślenia. Miejmy optymistyczną nadzieję, że pomogą one ukierunkować produkcję energii w kierunku bardziej zrównoważonej przyszłości (dzięki chłodnej inżynierii).
1. Fale oceanu
To opowieść o boi i dziewczynie. To okropna gra słów, ale tak naprawdę jest: inżynier elektryk Annette von Jouanne próbuje wykorzystać moc morza poprzez starannie zbudowaną boję. Pomysł jest niezwykle prosty: zakotwicz drut miedziany. Umieść magnes wokół niego. Poruszaj magnesem w górę i w dół (w tym przypadku jest to zadanie pozostawione falom). To indukuje prąd elektryczny w przewodzie, jak wielu pamięta z laboratorium fizyki w szkole średniej. Zainspirowany falowaniem wody podczas surfowania u wybrzeży Hawajów, von Jouanne powiększył ten pomysł i umieścił go w morzu, próbując wykorzystać stale obecną energię kinetyczną fal oceanicznych.
Okazuje się, że pomysł działa: boja, którą przetestowała w swoim laboratorium z symulowaną średnią falą, wytworzyła trzy kilowaty mocy, czyli wystarczająco, aby zasilić dwa domy, co dało impuls do dalszych testów. Jej pierwsze prototypy działały słabo, ale, jak mówi, przełomy prawie zawsze rodzą się z niepowodzeń, a trajektoria jej pracy jest optymistyczna: z biegiem lat jej projekty uległy poprawie, a następnie zaobserwowała wzrost zarówno finansowania rządowego na naukę oraz zainteresowanie firm zajmujących się czystą energią.
Von Jouanne pozostaje wiodącą postacią w szybko rozwijającej się dziedzinie badań nad energią falową i ma nadzieję, że jej boje pewnego dnia pomogą społeczeństwu uzyskać czystą energię odnawialną.
2. Kosz
Pomysł jest utopijny: maszyna, która zamienia śmieci w energię. W tym przypadku odrobina utopii przetrwała rzeczywiste testy terenowe, choć w mniej niż utopijnym miejscu: armia amerykańska wykorzystała dwa generatory zasilane odpadami do zasilania swoich operacji w pobliżu Bagdadu w Iraku. Pomogło to złagodzić szereg problemów dla wojska w nieprzyjaznych warunkach, ponieważ oznaczało to mniejsze zapotrzebowanie na konwoje paliwowe i przejazdy śmieci, które były łatwym celem ataku. W ten sposób armia zaczęła biegać częściowo na strzępach dokumentów i resztek jedzenia.
System działa mniej więcej tak: Suche śmieci jak karton, a styropian jest prasowany w granulki i podgrzewany, aż staje się syntetycznym gazem podobnym do propanu. Tymczasem resztki jedzenia i płyny są fermentowane do etanolu. Gaz syntezowy i etanol są połączone, aby zasilać generator. Generator również potrzebuje trochę energii zewnętrznej, ale zużywa około 5% oleju napędowego, którego normalnie wymagałby taki generator, podczas gdy baza produkuje tylko 1/30 śmieci, których normalnie by potrzebowała.
Exploity armii amerykańskiej pokazały żywotność siły śmieciowej, więc być może nadszedł czas, aby wykorzystać nasze śmieci w mniej wojennym kontekście.
3. Piłka nożna
Wyobraź sobie, że wykorzystujesz energię generowaną przez grę w piłkę nożną do zasilania lampy do czytania. Taki właśnie jest pomysł Soccket, piłki nożnej, która przechowuje energię kinetyczną generowaną przez jej użycie w grze jako energii elektrycznej.
Jessica Matthews, studentka Harvardu z korzeniami w Nigerii, chciała znaleźć sposób na wykorzystanie piłki nożnej, najpopularniejszej gry na świecie, w celu poprawy życia ludzi w krajach rozwijających się. Rezultatem jest Soccket, który może wytworzyć 3 godziny światła LED przy 30 minutach gry. Matthews mówi, że ma nadzieję, że jej wynalazek zastąpi stosowanie nafty, przypominając wizyty w Nigerii, podczas których toksyczne paliwo do lamp utrudniało jej oddychanie.
Choć widoczne są ograniczenia projektu - stosunkowo wysoki koszt Soccketa, niewielka skala, na której wytwarza on energię - pomysł stworzenia mocy poza grą jest elegancki.
4. Rowery
Włącz korbę, zapal światło? Generatory napędzane rowerem mogą generować sporo mocy: na przykład profesjonalny rowerzysta może pedałować z mocą ponad 400 watów przez godzinę (zwykły śmiertelnik może wytworzyć o połowę mniej). Oczywiście nie wpływa to znacząco na zużycie energii przez większość ludzi: przeciętny amerykański dom zużywał 940 kilowatogodzin w miesiącu w 2011 roku. Niemniej jednak Twój rower wystarcza na ładowanie małych urządzeń, a być może daje ci zdrowe poczucie tego, jak wysiłek, który naprawdę pociąga za sobą kilowatogodzina.
Niektóre organizacje umieściły generatory rowerów w centrum uwagi: ten duński hotel oferuje swoim klientom kupony na posiłki w zamian za jazdę na swoich generatorach przez 15 minut, podczas gdy festiwal muzyczny Rock the Bike w San Francisco (gdzie indziej?) Używa motocykli do wzmocnienia dźwięku system.
Entuzjaści zrób to sam mogą znaleźć wiele bezpłatnych planów zbudowania jednego online.
5. Mocz
Czasami ograniczone zasoby stanowią innowacyjne rozwiązania. Cztery nigeryjskie dziewczynki opracowały metodę generowania energii elektrycznej zasilanej przez siusiu. Ich konstrukcja wydobywa wodór z moczu i może wytworzyć sześć godzin energii na każdy litr.
Oczywiście ich prototyp ma znaczne ograniczenia - ogniwo elektrolityczne wymaga do uruchomienia energii, a źródło paliwa, czysty wodór, jest lotne. Jednak ich wynalazek pozostaje imponującym wyczynem inżynieryjnym, szczególnie biorąc pod uwagę ich wiek: żadne z nich nie było starsze niż 15 lat po zakończeniu projektu.
6. Wstrząsy prędkości
Osoby dojeżdżające do pracy w południowo-zachodniej Anglii mogą dziś wytwarzać moc za pomocą swoich samochodów: miasto zaczęło instalować elektro-kinetyczne rampy drogowe. Każda rampa zawiera metalowe płyty, które są ściskane, gdy samochód mija, zasilając wewnętrzny generator. Uzyskana energia wynosi od 5 do 50 kW, w zależności od masy jadącego pojazdu.
Wynalazca z Dorset, Peter Hughes, spędził 12 lat na projektowaniu swojej koncepcji, która może pomóc w zasilaniu świateł drogowych, znaków drogowych i innej infrastruktury miejskiej.
7. Mikroby morskie
Dla laika obserwatora drobnoustroje wytwarzające energię elektryczną zdają się balansować na granicy nauki i fantastyki naukowej. Są jednak bardzo prawdziwe: naukowcy z uniwersytetu we Wschodniej Anglii badali szczep bakterii zwany Shewanella oneidensis, który wytwarza białka, które mogą przenosić elektryczność do metali.
Mikrob morski został z powodzeniem sztucznie zsyntetyzowany, a testy laboratoryjne wykazały, że energię wytwarzaną przez białka na jego powierzchni można wykorzystać do uzyskania energii elektrycznej. Dr Tom Clarke, biolog z Anglii Wschodniej, wyjaśnia:
Naukowcy od pewnego czasu wiedzą, że bakterie mają wpływ na minerały i metale, ale po raz pierwszy wykazano, że bezpośrednio rozładowują prąd elektryczny. Mogą istnieć inne gatunki, które robią to nawet lepiej niż nasze. Bakterie te wykazują ogromny potencjał jako mikrobiologiczne ogniwa paliwowe, w których energię elektryczną można wytwarzać z rozkładu odpadów z gospodarstw domowych lub produktów rolnych.
8. Pasy wiatrów
Pomysł turbin wiatrowych jest powszechnie stosowany w kręgach energii alternatywnej, ale pomysł pasa wiatrowego jest stosunkowo nowy: Shawn Frayne wymyślił go podczas podróży do społeczności rybackiej poza siecią na Haiti w 2004 roku. W przeciwieństwie do tradycyjnej turbiny z przekładnią, która wykorzystuje wiatr do napędzania wirników, pas wiatrowy wykorzystuje zjawisko aerodynamiczne znane jako trzepot aerodynamiczny, aby pobierać energię z wiatru.
Technologia jest w stanie pobierać energię z wiatru w skali i kosztach niedostępnych dla tradycyjnych turbin. Grupa Humdinger Wind Energy, której kieruje Frayne, pracuje obecnie nad opracowaniem i wdrożeniem kilku rozmiarów i modeli swojego prototypu na całym świecie - pasy wiatrowe istnieją obecnie w Hongkongu, Hiszpanii, Ekwadorze i Kanadzie.
