10 невероятных новых способов производства электроэнергии
Цивилизация находится под угрозой. Кажется очевидным, что традиционные методы производства электроэнергии неустойчивы, и мы должны найти новые способы производства электроэнергии, которые не производят столько углерода (или пыли от старых, таких как природный газ и ядерная энергия).
Потребность в альтернативных источниках энергии не нова. Мы видели массивные солнечные батареи, представленные в обширных пустынях, огромные ветряные электростанции на суше и в море, волновые лучи, преобразующие энергию наших океанов, а также появление и исчезновение биомассы.
Однако эти формы альтернативной энергии – не единственная игра в городе. Вот 10 новых способов производства электроэнергии.
1. Сбор тепла тела
Несколько крупных городов разработали проекты, которые собирают тепло, оставшееся в их обширных системах метро. Миллионы пассажиров, а также двигатели поездов и тормоза, работающие в закрытом метро, выделяют огромное количество тепла.
Операторы метро тоже давно знают о проблеме тепла, поскольку им приходится тратить значительные суммы денег на отвод тепла обычными средствами. Однако операторы метро теперь используют это избыточное тепло с большей пользой: для электроснабжения и обогрева домов и предприятий. В Лондоне сотни домов в районе Хайбери и Ислингтон являются частью схемы сбора тепла от лондонского метро, в то время как аналогичные схемы существуют по всей Европе.
2. Конфискованный алкоголь
Когда жизнь даст вам лимоны, сожгите их и используйте их для питания поездов.
Национальная таможенная служба Швеции ежегодно конфискует сотни тысяч алкогольных напитков, незаконно ввезенных контрабандой. Вместо того, чтобы выливать все это в канализацию, что является пустой тратой, почему бы не превратить это во что-нибудь полезное?
Сотрудничая со Svensk Biogas AB, шведское таможенное агентство стремится продолжать превращать этот бесплатный ресурс в силу до тех пор, пока контрабандисты продолжают пытаться пересечь границу. К 2013 году автобусные парки более чем в десятке шведских городов работали на биогазе, хотя не все из контрабандного алкоголя.
3. Использованные подгузники для взрослых
Население Японии быстро стареет. Хотя старение японского населения может быть более широкой экономической озабоченность, Тотторьте на основе супер конфессии Inc. Инновационный SFD Recycling System видит нагрузку как силовое решение и, конечно , интересный альтернативный способ выработки электроэнергии.
Система вторичной переработки SFD принимает использованные подгузники, затем стерилизует, измельчает и сушит их в своей запатентованной машине, возвращая гранулы биомассы, готовые для сжигания в соответствующей печи, возвращая около 5000 ккал на кг переработанного.
Неплохая отдача для совершенно бесполезной свалки. Способная «обслуживать» около 700 фунтов использованных подгузников в день, эта система вполне может найти применение в домах престарелых и крупных больницах.
4. На танцполе
Кинетическая энергия, генерируемая нашими повседневными задачами, находится в центре внимания, поскольку станции метро, ночные клубы и тренажерные залы начинают использовать пьезоэлектрические технологии сбора урожая. Пьезоэлектричество генерируется в некоторых кристаллах в ответ на силу сжатия. Если у вас есть поверхность, которая движется по какой-либо причине, вы можете прикрепить к ней пьезоэлектрические кристаллы и получить небольшое количество энергии.
Накопленная электрическая энергия может быть использована для электроснабжения служб в том же здании или районе или направлена в новое место. Пьезоэлектричество – не совсем новое явление, и DARPA оценивает пьезоэлектрические генераторы в сапогах солдат.
Однако мы используем пьезоэлектричество чаще, чем вы думаете: в электрических зажигалках используется пьезоэлектрический кристалл с напряжением, достаточным для воспламенения газа, что приводит к возникновению пламени.
В дикой природе мы видели станцию токийского метро, в которой работают турникеты по продаже билетов, и первый в мире экологичный ночной клуб в Роттердаме, Нидерланды. Производство пьезоэлектрической энергии также перемещается в железнодорожный сектор.
В сотрудничестве с Университетом Технион и компанией Innowatech, занимающейся возобновляемыми источниками энергии, Израильские железные дороги установили 32 пьезоэлектрических устройства для улавливания энергии вдоль довольно загруженного участка железной дороги, собрав около 120 кВтч, которых достаточно для питания сигнальных огней и путевых механизмов.
5. Ториевые реакторы
Миниатюрные ядерные реакторы, работающие всего на одной тонне радиоактивного тория, могут быть включены в новое поколение схем местного производства электроэнергии. Тем не менее, ториевым реакторам потребуются нейтроны высокой энергии для запуска их делящейся активности, что побудило британских ученых начать работу над миниатюрными ускорителями частиц.
Прототип, Электронная модель многих приложений , или EMMA, работает при напряжении около 20 миллионов электрон-вольт, или 20 МэВ, что является хорошим началом. Тем не менее, сохраняется изрядная доля скептицизма в отношении использования тория и практических аспектов строительства и обслуживания большего числа местных ядерных реакторов.
6. Солнечная энергия в космосе
Что может быть более захватывающим или футуристическим, чем массивная солнечная батарея, плавающая на платформе над планетой, излучающая беспроводное электричество на поверхность Земли. У этого варианта много преимуществ: нет необходимости снимать ценную недвижимость на Земле и нет колебаний энергии, вызванных погодой.
Тем не менее, этой форме альтернативного производства электроэнергии предстоит пройти долгий путь. Беспроводная передача электроэнергии, долговременная радиационная защита, защита от метеоритов и огромная стоимость вывода оборудования на орбиту – лишь некоторые из камней преткновения.
Но Джон С. Манкинс, президент Ассоциации космической энергетики и Artemis Innovation, считает, что так же, как ядерная энергетика получила десятилетия исследований и миллиарды долларов финансирования исследований, почему бы не предпринять серьезных финансовых усилий для получения солнечной энергии из Космос?
На практике проект космической солнечной энергетики может работать примерно так:
- Большой геостационарный массив будет собирать и фокусировать солнечный свет.
- Фотоэлектрические элементы превратят этот свет в электричество.
- Это электричество будет использоваться для питания микроволнового лазера, направленного на наземную станцию на Земле.
- Микроволновая энергия будет приниматься антенной решеткой и преобразовываться обратно в электричество.
7. Солнечный ветер
Раз уж мы заговорили о космосе, давайте поговорим о солнечном ветре.
Солнечный ветер состоит из огромного количества заряженных частиц, испускаемых Солнцем с чрезвычайно высокой скоростью. В принципе, эти частицы могут генерировать электричество, используя огромный солнечный парус и заряженный провод, который генерирует энергию из проходящего по нему солнечного ветра.
Согласно предварительному анализу Вашингтонского университета, количество энергии, которое вы можете генерировать, по существу безгранично, оно ограничено только размером используемого вами солнечного паруса.
- Триста метров медного провода, прикрепленные к приемнику шириной два метра и 10-метровому парусу, могли бы вырабатывать достаточно электроэнергии для 1000 домашних хозяйств.
- Спутник с кабелем длиной 1000 метров и шириной паруса 8400 км может генерировать один миллиард миллиардов гигаватт энергии.
Звучит неплохо? Было бы – если бы мы могли создать и запустить такой солнечный парус на подходящую орбиту.
Стоит отметить, что это не так надумано, как вы думаете. Японское агентство аэрокосмических исследований успешно запустило IKAROS (межпланетный воздушный змей, ускоряемый излучением Солнца) в 2010 году, став первым космическим кораблем, в котором в качестве основной движущей силы использовался солнечный парусный спорт. Их постоянные исследования дают ученым-исследователям очень ценные данные в нескольких ключевых областях.
Тем не менее, IKAROS намного меньше, чем рассматриваемые паруса, поэтому не ждите, пока солнечный ветер станет практичным вариантом в ближайшем будущем.
В 2019 году Планетарное общество развернуло LightSail 2 в качестве дополнительной полезной нагрузки на одной из ракет Falcon Heavy компании SpaceX. LightSail 2 успешно развернул парус, хотя его общий успех ограничен. По словам Планетарного Общества : «Примерно одну треть времени мы [LightSail 2] находимся в режиме« детамблирования », снижая скорость вращения колеса и позволяя нашим торсионным стержням удалять угловой момент из системы».
8. Медузы
Наши океаны становятся более кислыми. Таким образом, популяция медуз быстро растет. Большинство из них не предназначены для употребления людьми, но они могут оказаться более полезными для решения другой глобальной проблемы. Шведские исследователи постоянно сжижают большое количество Aequorea victoria , светящейся медузы, обычной для берегов Северной Америки.
Зеленый флуоресцентный белок (GFP), содержащийся в медузе, можно использовать для создания миниатюрных топливных элементов, которые можно использовать для питания поколения медицинских наноустройств. GFP, нанесенный на алюминиевые электроды и подвергнутый воздействию ультрафиолетового света, генерирует измерения мощности в «десятках наноампер».
Это немаловажно. Разработка биотоплива может позволить дальнейшие исследования био-нанотехнологий, которые не требуют внешнего топлива или электрического тока для продолжения работы. Если бы технология могла быть расширена, она могла бы быть чрезвычайно полезной в долгосрочной перспективе, особенно если проблема кислотности океана не исчезнет.
9. Сбор и переработка радиоволн
Исследовательская группа, занимающаяся переработкой радиоволн, надеется развернуть свою технологию на нескольких объектах. Идея сбора и переработки радиоволн и других электромагнитных волн не нова, но масштабы сбора растут.
Исследовательская группа под руководством Маноса Тенцериса разработала технологию переработки и сбора энергии из различных источников, включая Wi-Fi, телеканалы, портативные электронные устройства и многое другое. В процессе сбора используются сверхширокополосные антенны, которые могут принимать огромный диапазон сигналов в разных частотных диапазонах.
Радиосигналы и другие электромагнитные частоты постоянно передаются вокруг нас. Превращение некоторых из этих частот обратно в энергию могло бы изменить правила игры и стать весьма инновационным методом производства электроэнергии.
10. Из воздуха
Святой Грааль производства энергии и электричества – создать его из воздуха, создав бесконечный и неиссякаемый источник энергии. Группа исследователей из Массачусетского университета в Амхерсте считает, что они создали устройство, которое использует натуральный белок для создания электричества из влаги, присутствующей в воздухе.
«Air-gen» использует крошечные электропроводящие нанопроволоки на основе белков. Исследовательская группа подключает нанопроволоки к генератору, который вырабатывает электричество из влажности и влаги в воздухе.
На момент написания проект остается небольшим. Но конечная цель – довести производство до полной мощности.
Возобновляемые источники энергии спасут планету
Некоторые из рассмотренных нами источников энергии выглядят необычно, но многие из них могут найти практическое применение в будущем. Другие уже окружают нас, обеспечивая нам альтернативную энергию в повседневной жизни.
Это энергетическое исследование имеет решающее значение, если мы хотим, чтобы планета не уничтожила нас полностью. Планета выживет – мы не выживем.