Όταν ο Ozgur Sahin και οι συνάδελφοί του στο Πανεπιστήμιο Columbia άρχισαν να μιλάνε για γεννήτριες εξάτμισης ως πηγή ανανεώσιμης ενέργειας, τα μάτια μας υποκλαπούνταν. Θα μπορούσαν πραγματικά οι Ηνωμένες Πολιτείες, όπως είπαν στην Nature Communications, να πάρουν το 69% (περίπου 325 gigawatts) των ενεργειακών τους αναγκών από το νερό που εξατμίζεται από τις δεξαμενές, τις λίμνες και τα ποτάμια μας;
Η σύντομη απάντηση είναι όχι. Οι αριθμοί του Sahin βασίστηκαν σε παρέκταση μιας μελέτης μικρής κλίμακας για μια μηχανή που εφευρέθηκε που παράγει ενέργεια μέσω της εξάτμισης. Αυτή η μικρή, επίπεδη "μηχανή εξάτμισης" κάθεται στην επιφάνεια ενός σώματος νερού και χρησιμοποιεί διακυμάνσεις της υγρασίας για το άνοιγμα και το κλείσιμο των αεραγωγών, τα οποία μπορούν να λειτουργήσουν μια γεννήτρια. Για να πάρει τον αριθμό, ο Sahin πολλαπλασιάστηκε την ισχύ που έπαιρνε από αυτή τη συσκευή από τη συνολική έκταση των λιμνών, των ποταμών και των δεξαμενών στις ΗΠΑ. Αλλά φυσικά δεν πρόκειται να καλύψουμε κάθε λίμνη και ποτάμι. Εμείς - και το φυσικό οικοσύστημα - χρειάζονται αυτά για άλλα πράγματα.
Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν μπορούμε να επωφεληθούμε από την τεχνολογία και να το χρησιμοποιήσουμε σε μικρότερη κλίμακα ως πηγή ανανεώσιμης ενέργειας. Πώς μπορεί να φαίνεται αυτό; Τι περιμένουμε? Εδώ είναι πέντε ερωτήσεις που μπορεί να έχετε σχετικά με την ισχύ εξάτμισης, απάντησε.
Μπορείτε να πάρετε ενέργεια από την εξάτμιση; Πώς λειτουργεί αυτό;
Το πόσιμο παιχνίδι πουλί στο δάσκαλο της φυσικής σας γυμνασίου είχε στο γραφείο της απόδειξη ότι μπορείτε. Ένα σώμα νερού απορροφά θερμότητα από τον ήλιο - περίπου το ήμισυ της συνολικής ενέργειας του ήλιου χρησιμοποιείται με τον τρόπο αυτό - και σταδιακά δίνει τον ατμό στον αέρα. Η απλούστερη επανάληψη της μηχανής εξάτμισης καλύπτεται με λωρίδες ταινίας, οι οποίες καλύπτονται από βακτηριακά σπόρια. Καθώς οι υδρατμοί συλλέγονται κάτω από τις ταινίες της ταινίας, τα βακτήρια το απορροφούν και επιμηκύνονται. Αυτό αναγκάζει την ταινία να λυγίσει, ανοίγοντας ταυτόχρονα ένα άνοιγμα προς τον αέρα και πιέζοντας ένα μοχλό, το οποίο μπορεί να μετατραπεί από μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική. Η εξαέρωση απελευθερώνει ατμούς, τα σπόρια στεγνώνουν, και μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα, η ταινία συμπυκνώνεται, η οπή κλείνει και ο κύκλος ξεκινά ξανά.
Το χαρτί Sahin που δημοσιεύθηκε φέτος αναφέρεται όχι μόνο τη δική του τεχνολογία σύλληψης ενέργειας, αλλά κάθε είδους μηχανή εξάτμισης. Στην περίπτωση του κινητήρα του Sahin, τον οποίο μαζί με τους συνεργάτες του δημοσίευσε στο Nature Communications το 2015, λειτουργεί μέσω της επέκτασης και συστολής των βακτηριακών σπόρων. Σε αντίθεση με έναν στρόβιλο, ο οποίος βασίζεται στη θερμότητα για να κινεί τον κινητήρα, οι "μύες" που φτιάχνουν τα σπόρια επεκτείνονται και συστέλλονται με βάση την υγρασία - όταν υγρασία ανεβαίνει, τα σπόρια επεκτείνονται, επιμηκύνοντας τις ταινίες του ταινιακού υλικού που συνδέονται, και ανοίγοντας ένα είδος εξαερισμού. Τώρα εξαεριζόμενη, η υγρασία μειώνεται, η σύμβαση σπόρια, ο εξαερισμός κλείνει, και ο κύκλος επαναφέρει. Καθώς αυτό συμβαίνει, η κίνηση των ταινιών σπρώχνει έναν μικρό τροχό και η περιστροφή οδηγεί μια γεννήτρια.
Ο κινητήρας εξάτμισης βρίσκεται στην επιφάνεια του νερού (μπλε) εδώ. Όταν το νερό στο κάτω μέρος της επιφάνειας εξατμιστεί, οδηγεί μια κίνηση προς τα εμπρός και προς τα πίσω, η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν συνδέεται με μια γεννήτρια. (Xi Chen) Θα μπορούσε αυτό να αντικαταστήσει τις ηλιακές ή άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας;
Ακριβώς όπως ηλιακή, αιολική, υδροηλεκτρική και σχεδόν οτιδήποτε άλλο, η ενέργεια εξάτμισης προέρχεται από τον ήλιο. Η ηλιακή ενέργεια είναι μοναδική, καθώς αποκτάται άμεσα, λέει ο Axel Kleidon, επιστήμονας γη συστημάτων στο Max Planck Institute, ο οποίος αξιολογεί το τελευταίο χαρτί Nature Communications . Όλοι οι άλλοι διαθέτουν κάποιο είδος ενδιάμεσης διαδικασίας που μειώνει την αποδοτικότητα. Με το ρυθμό που μειώνονται οι τιμές των ηλιακών, είναι απίθανο η εξάτμιση να είναι οικονομικά αποδοτική σε σχέση με τους ηλιακούς συλλέκτες.
Ο Kleidon μελετά τις ενεργειακές μετατροπές των φυσικών διεργασιών σε μεγάλη κλίμακα. Για παράδειγμα, λέει, η αιολική ενέργεια βασίζεται στο φως του ήλιου που έχει μετατραπεί σε θερμότητα, και στη συνέχεια άνεμος, από την ατμόσφαιρα, κάθε φορά που συσσωρεύεται μια απώλεια αόρατη στην ηλιακή ενέργεια. Επιπλέον, όσο περισσότερες ανεμογεννήτριες τοποθετήσατε, τόσο λιγότερη ενέργεια παραμένει στην ατμόσφαιρα για κάθε στρόβιλο να βγάλει από αυτήν. Το ίδιο θα ισχύει για την ενέργεια εξάτμισης.
Οι νότιες και οι δυτικές Ηνωμένες Πολιτείες έχουν τη μεγαλύτερη ικανότητα να παράγουν ενέργεια που παράγεται με εξάτμιση από λίμνες και δεξαμενές. (Ahmet-Hamdi Cavusoglu) Εάν δεν πρόκειται να μειώσει σημαντικά την ανάγκη για άλλες πηγές ενέργειας, τότε τι μπορούμε να κερδίσουμε από αυτό;
Δεν υπάρχει μία απάντηση στις ανθρώπινες ενεργειακές ανάγκες. Ακόμα κι αν δεν παράγουμε το 70% της ενέργειας μας με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να συμβάλει. Ένα μικρό ποσοστό της συνολικής ισχύος που υπολογίζουν θα εξακολουθήσει να επηρεάζει τη βιομηχανία ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Η αιολική ενέργεια, αυτή τη στιγμή, αντιπροσωπεύει δεκάδες gigawatts, και ηλιακή ακόμη λιγότερο, έτσι ώστε ακόμη και ένα μικρό ποσοστό της συνολικής διαθέσιμης ενέργειας εξάτμισης θα έκανε μια μεγάλη βαθούλωμα.
Αλλά υπάρχουν και οφέλη πέρα από την εξουσία. Καθώς καταναλώνετε ενέργεια, τα ποσοστά εξάτμισης επιβραδύνουν. Ειδικά στην Αμερικάνικη Δύση, όπου το περιβάλλον είναι ξηρό και οι πηγές νερού είναι περιορισμένες, η κάλυψη δεξαμενών μπορεί να βοηθήσει στη μείωση της συνολικής εξάτμισης, αφήνοντας περισσότερο νερό για άρδευση και ανθρώπινη κατανάλωση.
Επιπλέον, αυτός ο τύπος ενέργειας θα μπορούσε να αντιμετωπίσει μία από τις τρέχουσες προκλήσεις των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, αυτή της αποθήκευσης ενέργειας. Η εξάτμιση συμβαίνει όχι μόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά και τη νύχτα, όταν συσσωρευμένη ζεστασιά από τον ήλιο της ημέρας οδηγεί ατμούς στον ψυχρότερο νυκτερινό αέρα. Ηλιακή και, σε μικρότερο βαθμό, η αιολική ενέργεια πεθαίνει τη νύχτα, η οποία είναι όταν χρειαζόμαστε την περισσότερη ενέργεια. Η ενέργεια εξάτμισης θα μπορούσε να συμπληρώσει άλλες λύσεις κατά παραγγελία σε αυτό το πρόβλημα, όπως μπαταρίες ιόντων λιθίου, μπλε μπαταρίες ή γεωθερμική ενέργεια.
Ποιες παρενέργειες μπορεί να έχει αυτό για τις λίμνες, τα ποτάμια και τα οικοσυστήματα;
Αυτό δεν είναι κάτι που εξετάστηκε στην έρευνα του Sahin. Η ομάδα του έτρεξε τους αριθμούς, και λέει ότι το πλαίσιο είναι για άλλους να αναλύσουν καθώς η τεχνολογία αναπτύσσεται περαιτέρω. Οι περιβαλλοντικές εκτιμήσεις θα πρέπει να γίνονται με βάση την τοποθεσία. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτό θα σημαίνει τη μελέτη της άγριας πανίδας που ζει πάνω και γύρω από ένα σώμα νερού. Σε άλλες, πρέπει να αντιμετωπιστεί η χρήση του νερού για αναψυχή, βιομηχανία ή μεταφορά.
Ακόμα και η ίδια η εξάτμιση μπορεί να επηρεάσει την υγρασία της γύρω περιοχής. Σε μεγάλη κλίμακα, επισημαίνει ο Sahin, η ατμοσφαιρική υγρασία κυριαρχείται από τους ωκεανούς. Αλλά οι μικρές τσέπες ξηρού αέρα, όπου η εξάτμιση επιβραδύνεται από την τεχνολογία αυτή, θα μπορούσαν να έχουν μικρές επιπτώσεις στα φυτά ή τη γεωργία εκεί. Και θα μπορούσε να έχει σημαντική επίδραση στη θερμοκρασία του νερού που καλύπτει. Αλλά όλα εξαρτώνται από το ποιο ποσοστό κάθε υδατικού συστήματος καλύπτεται.
Ποια εμπόδια εξακολουθούν να εμποδίζουν την εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας;
Κάντε το πιο αποτελεσματικό. Βαθμολογήστε το. Κάνετε οικολογικές εκτιμήσεις. Βρισκόμαστε στα αρχικά στάδια μιας μεγάλης διαδικασίας. Αν και είναι λογικό να σκεφτεί κανείς ότι η τεχνολογία θα κλιμακωθεί σωστά, μόνο με την επανάληψη μπλοκ των προτεινόμενων συσκευών, έχει μελετηθεί μόνο σε μικρή κλίμακα - η έρευνα του 2015 χαρακτηριζόταν από έναν και μόνο περιστροφικό κινητήρα. Μπορεί να υπάρχουν και άλλες ευκαιρίες για αύξηση της αποδοτικότητας, όπως η βελτιστοποίηση των υλικών και η μείωση του κόστους παραγωγής ή ο συνδυασμός των συστημάτων σε μεγαλύτερους κινητήρες. Και οι περιβαλλοντικές μελέτες θα πρέπει να αξιολογήσουν την επίδραση στα οικοσυστήματα όπου μπορεί να αναπτυχθεί.
