Udržitelnost
Svět rostoucích energetických požadavků a snižujících se zdrojů musí nutně hledat nové zdroje energie.
Obnovitelná energie byla v posledních letech trvale populárním tématem konverzace, ale tato myšlenka daleko předchází veškerému mluvení o „špičkovém oleji“: Například větrná i solární energie jsou staletými nápady. Americký patent číslo US389124, „Solární článek“, pochází z roku 1888, zatímco větrná energie je stále starší: V Evropě byly větrné mlýny používány k drcení zrna po většinu minulého tisíciletí. (Nicméně větrný mlýn byl poprvé použit k výrobě elektřiny relativně nedávno, v roce 1887 v Glasgowě.)
V současnosti se nadále vyvíjejí alternativy k fosilním palivům a jiným neobnovitelným zdrojům. Zde je 8 z nich. Ačkoli mnoho z nich vyžaduje značné náklady na uvedení do provozu a není možné je realizovat ve velkém měřítku, přesto představují vzrušující nové směry myšlení. Optimisticky doufejme, že pomohou nasměrovat výrobu energie směrem k udržitelnější budoucnosti (prostřednictvím chladného inženýrství).
1. Oceánské vlny
Toto je příběh o bóji a dívce. To je hrozná hříčka, ale ve skutečnosti je to: Elektrotechnik Annette von Jouanne se pokouší využít sílu moře pomocí pečlivě postavené bóje. Myšlenka je pozoruhodně jednoduchá: ukotvte měděný drát. Dejte kolem něj magnet. Posuňte magnet nahoru a dolů (v tomto případě je to práce ponechaná vlnám). To indukuje elektrický proud v drátu, jak si mnozí pamatují z fyzikální laboratoře na střední škole. Von Jouanne, inspirovaný vyhříváním vody při surfování na pobřeží Havaje, zvětšil myšlenku a dal ji do moře ve snaze využít neustále přítomnou kinetickou energii mořských vln.
Ukázalo se, že myšlenka funguje: Bóje, kterou ve své laboratoři testovala se simulovanou průměrnou vlnou, vytvořila tři kilowatty energie, nebo dost na napájení dvou domů, což poskytlo podnět pro další testy. Její první prototypy fungovaly špatně, ale jak říká, průlomy se téměř vždy rodí z neúspěchů a trajektorie její práce je optimistická: V průběhu let se její návrhy zlepšily a následně zaznamenala nárůst jak vládního financování vědy a zájem čistých energetických společností.
Von Jouanne zůstává vedoucí osobností v rychle se rozvíjejícím výzkumu vlnových energií a pracuje v naději, že její bóje jednoho dne pomohou veřejnosti přinést čistou energii z obnovitelných zdrojů.
2. Koš
Myšlenka je utopická: stroj, který mění odpadky na energii. V tomto případě trochu utopie odolala terénním testům v reálném světě, i když v méně než utopickém prostředí: Americká armáda použila dva generátory poháněné odpady k napájení svých operací poblíž Bagdádu v Iráku. To pomohlo zmírnit několik problémů pro armádu v nepřátelských podmínkách, protože to znamenalo sníženou potřebu palivových konvojů a výběhů odpadků, z nichž oba byly snadným cílem útoku. To je způsob, jak armáda začala běžet částečně na vlastních skartovaných papírech a kouscích jídla.
Systém funguje zhruba takto: Suchý odpad jako karton a polystyren se stlačí do pelet a zahřívá se, dokud se nestane syntetickým plynem, jakým je propan. Mezitím se zbytky potravin a tekutiny fermentují do ethanolu. Syn-plyn a ethanol jsou kombinovány, aby poháněly generátor. Generátor také potřebuje nějakou vnější energii, ale používá asi 5% nafty, kterou by takový generátor normálně vyžadoval, zatímco základna produkuje jen 1/30 koše, kterou by normálně potřebovala.
Využití americké armády prokázalo životaschopnost energie na odpadky, takže možná je čas dát náš odpad k použití v méně bojovém kontextu.
3. Fotbal
Představte si, že pomocí energie generované fotbalovou hrou pohnete lampu na čtení. To je přesně myšlenka za Soccket, fotbalový míč, který ukládá kinetickou energii generovanou jeho použitím ve hře jako elektrická energie.
Jessica Matthews, harvardská vysokoškolská studentka s kořeny v Nigérii, chtěla najít způsob, jak využít fotbal, světově nejpopulárnější hru, ke zlepšení životů lidí v rozvojových zemích. Výsledkem je Soccket, který dokáže produkovat 3 hodiny LED světla s 30 minutami přehrávání. Matthews říká, že doufá, že její vynález může nahradit použití petroleje, a připomíná návštěvy v Nigérii, během nichž toxické lampové palivo ztěžovalo dýchání.
Ačkoliv jsou omezení projektu evidentní - relativně vysoká cena Soccket, malý rozsah, v němž produkuje sílu - myšlenka vytvoření energie ze hry je elegantní.
4. Jízdní kola
Otočte klikou, zapněte světlo? Generátory poháněné jízdními koly mohou generovat dost energie: Například profesionální cyklista může šlapat za hodinu přes 400 wattů za hodinu (pouhá smrtelník může produkovat polovinu toho). Samozřejmě to sotva způsobuje spotřebu energie většiny lidí: Průměrný americký domov spotřeboval v roce 2011 940 kilowatthodin za měsíc v roce 2011. Nicméně, vaše kolo je více než dost pro nabíjení malých zařízení, a možná vám dává zdravý pocit, jak hodně úsilí kilowatthodina skutečně znamená.
Některé organizace daly do popředí pozornost generátorům kol: Tento dánský hotel nabízí svým klientům stravovací poukázky výměnou za jízdu na generátorových kolech po dobu 15 minut, zatímco hudební festival Rock the Bike v San Franciscu (kde jinde?) Používá kola k pohonu svého zvuku Systém.
Milovníci Do-It-Yourself mohou najít několik bezplatných plánů na vybudování jednoho online.
5. Moč
Slabé zdroje někdy přinášejí inovativní řešení. Čtyři nigerijské dívky vytvořily způsob výroby elektřiny, který je poháněn močením. Jejich design extrahuje vodík z moči a může produkovat šest hodin energie na každý litr.
Jejich prototyp má, samozřejmě, značná omezení - jeho elektrolytický článek vyžaduje energii k zahájení a jeho zdroj paliva, čistý vodík, je těkavý. Jejich vynález však zůstává působivým prvkem inženýrství, zejména s ohledem na svůj věk: Žádný z nich nebyl při dokončení projektu starší 15 let.
6. Rychlost hrboly
Dojíždějící v jihozápadní Anglii možná v těchto dnech vytvářejí sílu se svými auty: Město začalo instalovat elektrokinetické silniční rampy. Každá rampa obsahuje kovové desky, které jsou stlačeny, když auto projde, pohánějící vnitřní generátor. Výsledná vyrobená energie se pohybuje od 5 do 50 kW v závislosti na hmotnosti projíždějícího vozidla.
Vynálezce Peter Hughes z Dorsetu strávil 12 let navrhováním své koncepce, která může pomoci rozsvítit semafory, dopravní značky a další infrastrukturu města.
7. Mořské mikroby
Zdá se, že pro laika pozorovatele se mikroby vyrábějící elektřinu škubají na hranici vědy a science fiction. Jsou však velmi reální: Vědci na univerzitě ve východní Anglii studovali kmen bakterií zvaný Shewanella oneidensis, který produkuje proteiny, které mohou přenášet elektřinu na kovy.
Mořský mikrob byl úspěšně syntetizován uměle a laboratorní testy prokázaly, že energii produkovanou bílkovinami na jeho povrchu lze využít k elektrické energii. Dr. Tom Clarke, biolog ve východní Anglii, vysvětluje:
Vědci již nějakou dobu věděli, že bakterie mají vliv na minerály a kovy, ale poprvé se ukázalo, že přímo vybíjí elektrický proud. Mohou existovat i jiné druhy, které to dělají ještě lépe než naše. Tyto bakterie vykazují velký potenciál jako mikrobiální palivové články, kde může být elektřina generována rozpadem domácích nebo zemědělských odpadních produktů.
8. Větrné pásy
Myšlenka větrných turbín je zavedená v kruhech alternativních energií, ale myšlenka větrného pásu je relativně nová: Shawn Frayne si ji představil během výletu v roce 2004 do off-gridové rybářské komunity na Haiti. Na rozdíl od tradiční turbíny s převodovkou, která používá vítr k pohonu svých rotorů, používá větrný řemen aerodynamický jev známý jako aeroelastický flutter k tažení energie z větru.
Tato technologie je schopna získávat energii z větru za měřítka a za náklady nepřístupné tradičním turbínám. V čele s Fraynem, skupina Humdinger Wind Energy Group v současné době pracuje na vývoji a nasazení několika velikostí a modelů svého prototypu po celém světě - větrné pásy nyní existují v Hongkongu, Španělsku, Ekvádoru a Kanadě.
