Када су Озгур Сахин и његове колеге са Универзитета Цолумбиа започели разговор о генераторима испаравања као извору обновљиве енергије, очи су нам се замагле. Могу ли заиста, како су рекли у Натуре Цоммуницатионс-у, 69% (отприлике 325 гигавата) својих енергетских потреба добити из воде која испарава из наших акумулација, језера и ријека?
Кратки одговор је не. Сахин број заснован је на екстраполацији мањег испитивања машине коју је изумио и која ствара енергију испаравањем. Овај мали, раван „мотор за испаравање“ седи на површини воде и користи промене влажности за отварање и затварање вентилационих отвора, који могу да покрећу генератор. Да би добио број, Сахин је снагу која је добијао из овог уређаја умножио са укупном површином језера, река и акумулација у САД-у. Али, наравно, нећемо покрити свако језеро и реку. Ми - и природни екосистем - су нам потребни за друге ствари.
Али то не значи да од ове технологије не можемо имати користи и да је користимо у мањем обиму, као извор обновљиве енергије. Како би то могло изгледати? Шта чекамо? Овде је одговорено пет питања о моћи испаравања.
Можете добити енергију испаравањем? Како то функционише?
Играчка за птице које пије ваш наставник физике на свом столу је доказ да то можете. Водено тело апсорбује топлоту сунца - око половине све сунчеве енергије се навикне на овај начин - и постепено одустаје од паре у ваздух. Најједноставнија итерација мотора за испаравање прекривена је тракама које су саме прекривене бактеријским спорама. Како се водена пара скупља испод трака траке, бактерије га упијају и продужују. Због тога се трака савија, истовремено отварајући отвор за ваздух и гурајући полугу, која се може претворити из механичке енергије у електричну. Отвор испушта испарење, споре се суше и током само неколико секунди трака се кондензира, отвор се затвара и циклус поново започиње.
Рад који је Сахин објавио ове године односио се не само на своју технологију за хватање енергије, већ на било коју врсту комбајна за испаравање. У случају Сахиновог мотора, који су он и његове колеге објавили у Натуре Цоммуницатионс 2015. године, он делује путем ширења и контракције бактеријских спора. За разлику од турбине, која се ослања на топлину за покретање мотора, „мишићи“ начињени од споре се проширују и скупљају на основу влажности - када влага расте, споре се шире, издужујући траке материјала сличног траци на који су причвршћени, и отварање неке врсте одушка. Сада се одзрачује, влага опада, споре се скупљају, вентилациони отвор се затвара и циклус се ресетира. Како се то догађа, кретање трака гура мали точак, а ротација покреће генератор.
Мотор за испаравање седи овде на површини воде (плаве). Када вода на површини испод испарава, она покреће клип кретње напријед-назад, који производи електричну енергију ако је спојен на генератор. (Кси Цхен) Да ли ово може заменити соларну енергију или друге обновљиве изворе енергије?
Баш као што су соларна, ветровита, хидро и скоро све друго, енергија испаравања долази од сунца. Соларна снага је јединствена по томе што је добијена директно, каже Акел Клеидон, научник за земаљске системе са Института Мак Планцк, који је био рецензент најновијег чланка Натуре Цоммуницатионс . Све остале карактерише нека врста посредничког процеса који смањује ефикасност. Кад стопа соларних цијена опада, мало је вероватно да ће снага испаравања бити исплатива у односу на соларне панеле.
Клеидон у великој мери проучава енергетске претворбе природних процеса. На пример, он каже да се снага ветра ослања на сунчеву светлост која је претворена у топлоту, а затим ветар у атмосферу, сваки пут накупљајући губитак невиђен у соларној енергији. Поред тога, што више ветротурбина поднесете, мање енергије остаје у атмосфери да би се свака турбина извукла из ње. Исто би важило и за енергију испаравања.
Јужни и западни дио Сједињених Држава имају највећи капацитет за производњу енергије произведене испаравањем из језера и акумулација. (Ахмет-Хамдија Чавушоглу) Ако неће значајно смањити потребу за другим изворима енергије, шта онда можемо добити од тога?
Не постоји одговор на људске енергетске потребе. Чак и ако на овај начин не произведемо 70 посто наше енергије, то и даље може допринијети. Мали проценат укупне снаге коју су израчунали и даље ће утицати на индустрију обновљивих извора енергије. Снага ветра тренутно даје десетине гигавата, а солар чак и мање, тако да би чак и мали проценат укупне расположиве енергије за испаравање створио велику удубину.
Али ту су и користи која су изван снаге. Док скупљате енергију, стопе испаравања успоравају. Нарочито на америчком западу, где је окружење суво и извори воде ограничени, прекривање резервоара може помоћи смањењу укупног испаравања, остављајући више воде за наводњавање и људску употребу.
Поред тога, ова врста енергије могла би да реши један од тренутних изазова обновљивих извора енергије, као што је складиштење енергије. Испаравање се дешава не само током дана, већ и ноћу, када акумулирана топлина од дневног сунца одводи паре у хладнији ноћни ваздух. Соларна и у мањој мери снага ветра одлази ноћу, а то је када нам је енергија највише потребна. Енергија испаравања могла би допунити друга рјешења на овај захтјев, попут литијум-јонских батерија, плавих батерија или геотермалне енергије.
Које нежељене ефекте могу имати на језера, реке и екосистеме?
То није нешто чиме се бавило Сахин истраживање. Његова група водила је бројеве и каже да је контекст да би се други разишли како се технологија даље развија. Процјене животне средине треба да се врше на основу локације према локацији. У неким случајевима то ће значити и проучавање дивљине која живи на и око воде. У другим се треба бавити рекреацијском, индустријском или транспортном употребом воде.
Чак и само испаравање може утицати на влажност околног подручја. У великом обиму, истиче Сахин, у оцеанима доминира атмосферска влага. Али мали џепићи сушег ваздуха, где испаравање успорава ова технологија, могли би имати мање утицаја на биљке или пољопривреду тамо. А могао би да има значајан утицај на температуру воде коју прекрива. Али све зависи од процента сваког водног тела прекривеног.
Које препреке још постоје на путу имплементације ове технологије?
Учините то ефикаснијим. Повећајте га. Урадите еколошке процене. Ми смо у раној фази великог процеса. Иако је разумно мислити да ће се технологија добро размножавати, понављањем блокова предложених уређаја, проучена је само у малом обиму - истраживање из 2015. показало је један ротациони мотор. Могуће су додатне могућности за повећање ефикасности, попут оптимизације материјала и смањења трошкова производње или комбиновања система у веће моторе. Еколошке студије ће морати да процене утицај на екосистеме у којима се може користити.
