Când Ozgur Sahin și colegii săi de la Universitatea Columbia au început să vorbească despre generatoarele de evaporare ca sursă de energie regenerabilă, ochii noștri au înțepat. S-ar putea, într-adevăr, Statele Unite, așa cum au spus în Nature Communications, să obțină 69% (aproximativ 325 gigawati) din nevoile sale de energie din apa care se evaporă din rezervoarele, lacurile și râurile noastre?
Răspunsul scurt este nr. Numerele lui Sahin s-au bazat pe extrapolarea unui studiu la scară mică a unei mașini pe care a inventat-o care generează energie prin evaporare. Acest „motor de evaporare” mic și plat se așează pe suprafața unui corp de apă și folosește variații ale umidității pentru a deschide și închide orificiile de aerisire, care pot rula un generator. Pentru a obține numărul, Sahin a înmulțit puterea pe care o obține de la acest dispozitiv pe suprafața totală a lacurilor, râurilor și rezervoarelor din SUA Dar, desigur, nu vom acoperi fiecare lac și râu. Noi - și ecosistemul natural - avem nevoie de alte lucruri.
Dar asta nu înseamnă că nu putem beneficia de tehnologie și că o vom folosi la scară mai mică, ca sursă de energie regenerabilă. Cum ar putea arăta asta? Ce așteptăm? Iată cinci întrebări pe care le-ai putea avea cu privire la puterea de evaporare, răspuns.
Puteți obține energie prin evaporare? Cum funcționează?
Jucăria de pasăre potabilă pe care o avea profesorul de fizică din liceu pe biroul ei este dovada că poți. Un corp de apă absoarbe căldura de la soare - aproximativ jumătate din întreaga energie a soarelui se obișnuiește astfel - și renunță treptat la vapori în aer. Cea mai simplă iterație a motorului de evaporare este acoperită cu benzi de bandă, care sunt ele însele acoperite cu spori bacterieni. Pe măsură ce vaporii de apă se adună sub benzile de bandă, bacteriile o absorb și se alungesc. Acest lucru face ca banda să se flexeze, deschizând simultan o aerisire în aer și împingând o pârghie, care poate fi transformată din energie mecanică în electrică. Ventilatorul eliberează vapori, sporii se usucă și, în doar câteva secunde, banda se condensează, aerul se închide și ciclul începe din nou.
Lucrarea publicată în acest an a făcut referire nu numai la propria tehnologie de captare a energiei, ci la orice tip de recoltoare de evaporare. În cazul motorului lui Sahin, pe care el și colegii săi l-au publicat în Nature Communications în 2015, funcționează prin extinderea și contracția sporilor bacterieni. Spre deosebire de o turbină, care se bazează pe căldură pentru a conduce motorul, „mușchii” din sporii se extind și se contractă pe baza umidității - atunci când umiditatea crește, sporii se extind, alungind benzile de material asemănător cu bandă la care sunt atașate, și deschizând un fel de aerisire. Acum aerisit, umiditatea scade, sporii se contractă, aerul se închide și ciclul se resetează. În timp ce acest lucru se întâmplă, mișcarea benzilor împinge o roată mică, iar rotația conduce un generator.
Motorul de evaporare se află aici pe suprafața apei (albastru). Când apa de pe suprafața de dedesubt se evaporă, conduce o mișcare înapoi și înapoi ca un piston, care produce energie electrică dacă este conectată la un generator. (Xi Chen) Ar putea înlocui această energie solară sau alte surse de energie regenerabilă?
La fel ca energia solară, eoliană, hidraulică și aproape orice altceva, energia de evaporare provine de la soare. Energia solară este unică prin faptul că este obținută direct, spune Axel Kleidon, un om de știință al sistemelor terestre din Max Planck Institute, care a fost recenzor al celei mai recente lucrări Nature Communications . Toate celelalte prezintă un fel de proces intermediar care scade eficiența. În ceea ce privește scăderea prețurilor solare, este puțin probabil ca puterea de evaporare să fie eficientă în raport cu panourile solare.
Kleidon studiază conversiile energetice ale proceselor naturale la scară largă. De exemplu, spune el, energia eoliană se bazează pe lumina soarelui care a fost transformată în căldură și apoi vântul, de către atmosferă, de fiecare dată acumulând o pierdere nevăzută în energia solară. În plus, cu cât ai mai multe turbine eoliene, cu atât mai puțină energie rămâne în atmosferă pentru ca fiecare turbină să o scoată din ea. Același lucru ar fi valabil și pentru energia de evaporare.
Sudul și vestul Statelor Unite au cea mai mare capacitate de a produce energie generată de evaporare din lacuri și rezervoare. (Ahmet-Hamdi Cavusoglu) Dacă nu va reduce foarte mult nevoia de alte surse de energie, atunci ce putem câștiga din aceasta?
Nu există un răspuns la nevoile energetice ale omului. Chiar dacă în acest fel nu ne producem 70 la sută din energie, poate contribui în continuare. Un procent mic din puterea totală calculată ar avea încă un impact asupra industriei de energie regenerabilă. Energia eoliană, în acest moment, reprezintă zeci de gigawati, iar solarul chiar mai puțin, astfel încât chiar și un procent mic din energia totală de evaporare disponibilă ar face un efect mai mare.
Dar există și beneficii dincolo de putere. Pe măsură ce recoltați energia, ratele de evaporare încetinesc. În special în vestul american, unde mediul este uscat și sursele de apă sunt limitate, acoperirea rezervoarelor poate contribui la reducerea evaporării generale, lăsând mai multă apă pentru irigații și consum uman.
În plus, acest tip de energie ar putea aborda una dintre provocările actuale ale regenerabilelor, cea a stocării de energie. Evaporarea se produce nu doar în timpul zilei, ci și noaptea, când căldura acumulată de la soarele zilei conduce vaporii în aerul rece al nopții. Solară și, într-o măsură mai mică, energia eoliană se stinge noaptea, ceea ce este atunci când avem cea mai mare nevoie de energie. Energia de evaporare ar putea completa alte soluții la cerere pentru această problemă, cum ar fi bateriile cu ioni de litiu, bateriile albastre sau energia geotermală.
Ce efecte secundare ar putea avea acest lucru pentru lacuri, râuri și ecosisteme?
Acest lucru nu a fost abordat în cercetările lui Sahin. Grupul său a dat numerele, iar el spune că contextul este pentru alții să analizeze pe măsură ce tehnologia devine mai dezvoltată. Evaluările de mediu vor trebui făcute de la un loc la altul. În unele cazuri, asta va însemna studierea vieții sălbatice care trăiește pe și în jurul unui corp de apă. În altele, trebuie abordată utilizarea recreativă, industrială sau de transport a apei.
Chiar și evaporarea în sine ar putea afecta umiditatea zonei înconjurătoare. La scară largă, subliniază Sahin, umiditatea atmosferică este dominată de oceane. Dar buzunarele mici de aer mai uscat, unde evaporarea este încetinită de această tehnologie, ar putea avea efecte minore asupra plantelor sau agriculturii de acolo. Și ar putea avea un efect semnificativ asupra temperaturii apei pe care o acoperă. Dar totul depinde de ce procent din fiecare corp de apă este acoperit.
Ce bariere sunt încă în calea implementării acestei tehnologii?
Faceți-l mai eficient. Scalați-l. Faceți evaluări ecologice. Suntem în fazele incipiente ale unui proces major. Deși este rezonabil să crezi că tehnologia se va extinde bine, doar repetând blocuri ale dispozitivelor propuse, ea a fost studiată doar la scară mică - cercetările din 2015 au prezentat un singur motor rotativ. Pot exista oportunități suplimentare de creștere a eficienței, cum ar fi optimizarea materialelor și reducerea costurilor de producție sau combinarea sistemelor cu motoare mai mari. Și studiile de mediu vor trebui să evalueze efectul asupra ecosistemelor unde poate fi implementat.
