Когато Озгур Сахин и неговите колеги от Колумбийския университет започнаха да говорят за генераторите на изпарения като източник на възобновяема енергия, очите ни се привързаха. Възможно ли е САЩ, както казаха в Nature Communications, наистина да получат 69 процента (приблизително 325 гигавата) от енергийните си нужди от вода, която се изпарява от нашите резервоари, езера и реки?
Краткият отговор е „не“. Броят на Сахин се основаваше на екстраполация на дребномащабно проучване на машина, която той изобретява, която генерира енергия чрез изпаряване. Този малък, плосък „двигател за изпаряване“ седи на повърхността на водно тяло и използва вариации във влажността, за да отваря и затваря отвори, които могат да работят генератор. За да получи броя, Сахин умножи мощта, която получава от това устройство, върху общата площ на езерата, реките и водохранилищата в САЩ, но разбира се, няма да покриваме всяко езеро и река. Ние - и естествената екосистема - имаме нужда от такива за други неща.
Но това не означава, че не можем да се възползваме от технологията и да я използваме в по-малък мащаб като източник на възобновяема енергия. Как може да изглежда това? Какво чакаме? Ето пет въпроса, които бихте могли да имате относно мощността на изпарението, на която са отговорили
Можете да получите енергия от изпаряването? Как става това?
Играчката за птици за пиене, която учителят ви по физика в гимназията имаше на бюрото си, е доказателство, че можете. Водно тяло абсорбира топлината от слънцето - около половината от цялата енергия на Слънцето се използва по този начин - и постепенно отделя пари на въздуха. Най-простата итерация на двигателя за изпаряване е покрита с ленти от лента, които самите са покрити с бактериални спори. Докато водната пара се събира под лентите на лентата, бактериите я абсорбират и удължават. Това кара лентата да се огъва, като едновременно отваря отдушник към въздуха и натиска лост, който може да се преобразува от механична енергия в електрическа. Вентилационният отвор освобождава парите, спорите изсъхват и само за няколко секунди лентата се кондензира, отдушникът се затваря и цикълът започва отново.
Документът, публикуван през тази година, Sahin се позовава не само на собствената си технология за улавяне на енергия, но и на всякакъв тип комбайн за изпаряване. В случая на двигателя на Sahin, който той и неговите колеги публикуваха в Nature Communications през 2015 г., той работи чрез разширяването и свиването на бактериалните спори. За разлика от турбината, която разчита на топлина за задвижване на двигателя, „мускулите“, направени от спорите, се разширяват и свиват въз основа на влажността - когато влагата се покачи, спорите се разширяват, удължавайки лентите от лентообразен материал, към който са прикрепени, и отваряне на един вид отдушник. Сега вентилиран, влажността намалява, спорите се свиват, отдушникът се затваря и цикълът се възстановява. Докато това се случва, движението на лентите натиска малко колело, а въртенето задвижва генератор.
Тук двигателят за изпаряване седи на повърхността на водата (синя). Когато водата на повърхността отдолу се изпарява, тя задвижва движение, наподобяващо бутало напред и назад, което произвежда електричество, ако е свързано към генератор. (Xi Chen) Може ли това да замени слънчевата енергия или други възобновяеми енергийни източници?
Точно като слънчевата, вятърната, водната и почти всичко останало, енергията на изпарението идва от слънцето. Слънчевата енергия е уникална по това, че се получава директно, казва Аксел Клайдън, учен по земни системи от Института Макс Планк, който беше рецензент на най-новата книга Nature Communications . Всички останали имат някакъв посреднически процес, който намалява ефективността. С темповете на слънчевите цени намаляват, е малко вероятно енергията от изпаряването да бъде рентабилна спрямо соларните панели.
Клейдон изучава енергийните преобразувания на природните процеси в голям мащаб. Например, той казва, че вятърната енергия разчита на слънчевата светлина, която се превръща в топлина, а след това вятър, от атмосферата, всеки път натрупвайки невиждана от слънчевата енергия загуба. Освен това, колкото повече вятърни турбини поставяте, толкова по-малко енергия остава в атмосферата, за да може всяка турбина да се измъкне от нея. Същото би било вярно и за енергията на изпарението.
Южните и западните Съединени щати имат най-голям капацитет за производство на енергия, генерирана от изпаряване от езера и резервоари. (Ахмет-Хамди Чавусоглу) Ако няма да намалим значително нуждата от други източници на енергия, тогава какво можем да спечелим от нея?
Няма никой отговор на човешките енергийни нужди. Дори и да не произвеждаме 70 процента от енергията си по този начин, тя все пак може да допринесе. Малък процент от общата мощност, която са изчислили, все още ще се отрази на индустрията за възобновяема енергия. Вятърната енергия в момента представлява десетки гигавата, а слънчевата още по-малко, така че дори малък процент от общата налична енергия за изпаряване би направил голяма вдлъбнатина.
Но има и ползи извън силата. Докато добивате енергия, скоростите на изпаряване се забавят. Особено на американския Запад, където околната среда е суха и водоизточниците са ограничени, покриването на резервоари може да помогне за намаляване на цялостното изпарение, оставяйки повече вода за напояване и консумация от човека.
Освен това този тип енергия може да се справи с едно от настоящите предизвикателства на възобновяемите енергийни източници, това е съхранението на енергия. Изпаряването става не само през деня, но и през нощта, когато натрупаната топлина от слънцето през деня изхвърля пари в по-хладния нощен въздух. Слънчевата и в по-малка степен енергията на вятъра умира през нощта, което е, когато най-много се нуждаем от енергията. Енергията от изпаряването може да допълни други решения по този проблем при поискване, като литиево-йонни батерии, сини батерии или геотермална енергия.
Какви странични ефекти може да има това за езера, реки и екосистеми?
Това не е нещо, което беше разгледано в изследванията на Сахин. Неговата група управлява числата и той казва, че контекстът е за другите да се разберат, тъй като технологията се доразвива. Оценките на околната среда ще трябва да се извършват на база местоположение по местоположение. В някои случаи това ще означава изучаване на дивата природа, която живее на и около водно тяло. В други трябва да се обърне внимание на използването на водата за отдих, промишленост или транспорт.
Дори самото изпарение може да повлияе на влажността на околността. В голям мащаб, посочва Сахин, атмосферната влага е доминирана от океаните. Но малки джобове с по-сух въздух, където изпарението се забавя от тази технология, може да има незначителни последици за растенията или селското стопанство там. И това би могло да окаже значително влияние върху температурата на водата, която покрива. Но всичко зависи от това какъв процент от всяко водно тяло е покрито.
Какви бариери все още са на пътя на прилагането на тази технология?
Направете го по-ефективен. Намалете го. Правете екологични оценки. Ние сме в ранните етапи на един основен процес. Въпреки че е разумно да се смята, че технологията ще се развива добре, само чрез повтаряне на блокове от предложените устройства, тя е проучена само в малък мащаб - изследването през 2015 г. включваше един ротационен двигател. Възможно е да има допълнителни възможности за повишаване на ефективността, като оптимизиране на материали и намаляване на производствените разходи или комбиниране на системите в по-големи двигатели. И екологичните проучвания ще трябва да оценят ефекта върху екосистемите, където могат да бъдат използвани.
