Ko so se Ozgur Sahin in njegovi sodelavci z univerze Columbia začeli pogovarjati o generatorjih izhlapevanja kot viru obnovljive energije, so se nam ušesale oči. Ali lahko Združene države resnično, kot so povedale v Nature Communications, dobijo 69 odstotkov (približno 325 gigavatov) svojih potreb po energiji iz vode, ki izhlapi iz naših rezervoarjev, jezer in rek?
Kratek odgovor je ne. Sahinove številke so temeljile na ekstrapolaciji manjše raziskave stroja, ki ga je izumil, ki ustvarja moč z izhlapevanjem. Ta majhen, raven "uparjalni motor" sedi na površini vodnega telesa in uporablja nihanje vlage za odpiranje in zapiranje odprtin, ki lahko poganjajo generator. Da bi Sahin pridobil številko, je pomnožil moč, ki jo je dobil s to napravo, na skupno površino jezer, rek in akumulacij v ZDA. Seveda pa ne bomo pokrivali vsakega jezera in reke. Mi - in naravni ekosistem - potrebujemo za druge stvari.
Toda to ne pomeni, da od te tehnologije ne moremo imeti koristi in jo uporabljamo v manjšem obsegu kot vir obnovljive energije. Kako bi to lahko izgledalo? Kaj čakamo? Tu je odgovorjenih na pet vprašanj o moči izhlapevanja.
Lahko dobite energijo izhlapevanjem? Kako to deluje?
Igrača za ptičje pitje, ki jo je imela na svoji mizi učiteljica srednje šole, je dokaz, da zmorete. Telo vode absorbira toploto sonca - približno polovica vse sončne energije se navadi na ta način - in postopoma oddaja hlapu v zrak. Najenostavnejša iteracija uparjalnega motorja je prekrita s trakovi traku, ki so sami pokriti z bakterijskimi sporami. Ko se pod trakovi traku nabira vodna para, ga bakterije absorbirajo in podaljšajo. To povzroči, da se trak upogne, hkrati pa odpre odprtino v zrak in potisne ročico, ki se lahko pretvori iz mehanske energije v električno. Odzračevalni ventil sprošča hlape, spore se izsušijo in v nekaj sekundah se trak kondenzira, odzračevanje zapre in cikel se začne znova.
Letos je bil objavljen članek, ki ga je objavil Sahin, ne samo lastne tehnologije za zajem energije, temveč tudi kakršne koli kombajne za izhlapevanje. V primeru Sahinovega motorja, ki ga je skupaj s sodelavci leta 2015 objavil v Nature Communications, deluje s pomočjo širjenja in krčenja bakterijskih spor. Za razliko od turbine, ki se za pogon poganja na toploto, se "mišice", izdelane iz spore, razširijo in zmanjšajo na podlagi vlažnosti - ko se vlaga dvigne, se spore razširijo in podaljšajo trakove materiala, podobnega traku, na katerega so pritrjene, in odpiranje neke vrste odzračevanja. Zdaj odzračujemo, vlažnost pada, spore se strdijo, odzračevanje se zapre in cikel se ponastavi. Medtem ko se to dogaja, gibanje trakov potisne majhno kolo, vrtenje pa poganja generator.
Tu uparjalni motor sedi na površini vode (modre barve) tukaj. Ko voda na spodnji površini izhlapi, poganja bat, ki se premika naprej in nazaj, ki proizvaja električno energijo, če je priključen na generator. (Xi Chen) Ali bi to lahko nadomestilo sončno energijo ali druge obnovljive vire energije?
Tako kot sončna, vetrovna, hidro in skorajda vse ostalo tudi energija izhlapevanja izhaja iz sonca. Sončna energija je edinstvena po tem, da je pridobljena neposredno, pravi Axel Kleidon, znanstvenik za zemeljske sisteme z Inštituta Max Planck, ki je bil recenzent najnovejšega časopisa Nature Communications . Vse druge odlikuje nekakšen posredniški postopek, ki zmanjšuje učinkovitost. Ko se cene sonca znižujejo, je malo verjetno, da bo moč izhlapevanja stroškovno učinkovita v primerjavi s sončnimi paneli.
Kleidon v velikem obsegu preučuje energetske pretvorbe naravnih procesov. Na primer, pravi, da se vetrna energija opira na sončno svetlobo, ki jo je atmosfera pretvorila v toploto, nato pa veter, vsakič ko izgubi sončno energijo. Poleg tega, več vetrnih turbin, ki jih postavite, manj energije ostane v ozračju, da se vsaka turbina iz njega izvleče. Enako bi veljalo za energijo izhlapevanja.
Južne in zahodne Združene države Amerike imajo največje zmogljivosti za proizvodnjo energije, ki nastane pri izhlapevanju iz jezer in rezervoarjev. (Ahmet-Hamdija Cavusoglu) Če ne bomo močno zmanjšali potrebe po drugih virih energije, kaj lahko od tega pridobimo?
Na človeške potrebe po energiji ni nobenega odgovora. Tudi če 70 odstotkov naše energije ne proizvajamo na ta način, lahko še vedno prispeva. Majhen odstotek skupne moči, ki so jo izračunali, bi še vedno vplival na industrijo obnovljivih virov energije. Trenutno vetrna energija predstavlja desetine gigavatov, sončna pa še manj, tako da bi celo majhen odstotek celotne razpoložljive energije za izhlapevanje povzročil velik trenutek.
A koristi so tudi izven moči. Ko nabirate energijo, se stopnje izhlapevanja upočasnijo. Še posebej na ameriškem zahodu, kjer je okolje suho in so vodni viri omejeni, pokritje rezervoarjev lahko pomaga zmanjšati celotno izhlapevanje, tako da ostane več vode za namakanje in prehrano ljudi.
Poleg tega bi se lahko s to vrsto energije spopadla z enim od trenutnih izzivov obnovljivih virov energije, kot je shranjevanje energije. Izhlapevanje se zgodi ne le podnevi, ampak tudi ponoči, ko nakopičena toplota iz dneva sonca odvaja pare v hladnejši nočni zrak. Sončna in v manjši meri vetrna energija ponoči umira, kar je takrat, ko energijo najbolj potrebujemo. Energija izhlapevanja bi lahko dopolnila druge rešitve na to težavo, na primer litijeve ionske baterije, modre baterije ali geotermalno napajanje.
Kakšne neželene učinke ima to lahko za jezera, reke in ekosisteme?
To ni nekaj, kar smo obravnavali v Sahinovi raziskavi. Njegova skupina je vodila številke in pravi, da je treba kontekst razčleniti, ko se tehnologija še bolj razvija. Okoljske presoje bo treba izvajati na podlagi lokacije. V nekaterih primerih bo to pomenilo preučevanje divjih živali, ki živijo na vodnem telesu in ob njem. V drugih je treba obravnavati rekreacijsko, industrijsko ali prometno rabo vode.
Celo samo izhlapevanje lahko vpliva na vlažnost okolice. V velikem obsegu, poudarja Sahin, v oceanih prevladuje atmosferska vlaga. Toda majhni žepi bolj suhega zraka, kjer uparjanje upočasnjuje ta tehnologija, bi lahko imeli majhne učinke na tamkajšnje rastline ali kmetijstvo. In to bi lahko pomembno vplivalo na temperaturo vode, ki jo zajema. Vse pa je odvisno od tega, koliko odstotkov vsakega vodnega telesa je pokrito.
Katere ovire še obstajajo pri izvajanju te tehnologije?
Naj bo bolj učinkovit. Povečajte ga. Opravite ekološke ocene. Smo v zgodnjih fazah velikega procesa. Čeprav je smiselno misliti, da se bo tehnologija dobro razširila, le s ponavljanjem blokov predlaganih naprav, je bila to raziskana le v majhnem obsegu - raziskava 2015 je vsebovala en sam rotacijski motor. Obstajajo lahko tudi dodatne možnosti za povečanje učinkovitosti, na primer optimizacija materialov in zmanjšanje stroškov proizvodnje ali kombiniranje sistemov v večje motorje. Okoljske študije bodo morale oceniti učinek na ekosisteme, kjer se lahko uporabijo.
