Amikor Ozgur Sahin és kollégái a Columbia Egyetemen elkezdtek beszélgetni a párolgási generátorokról, mint a megújuló energiaforrásról, a szemünk felkapaszkodott. Vajon az Egyesült Államok valóban, amint azt a Nature Communications elmondták, energiaszükségletének 69 százalékát (kb. 325 gigawatt watt) eljuttatja a vízből, amely elpárolog a tározóinkból, tavakból és folyóinkból?
A rövid válasz nem. Sahin száma az általa kitalált gép kisméretű vizsgálatának extrapolációján alapult, amely párolgással energiát generál. Ez a kicsi, lapos, „párologtató motor” a víztest felületén fekszik, és a páratartalom változásait használja a szellőzőnyílások kinyitására és bezárására, amelyek generátort működtethetnek. A szám megszerzéséhez Sahin megsokszorozta az ebből az eszközből származó energiáját az Egyesült Államok tavai, folyói és tározóinak teljes területével. De természetesen nem fogjuk lefedni minden tavat és folyót. Nekünk - és a természetes ökoszisztémának - más dolgokra van szüksége.
De ez nem jelenti azt, hogy nem élvezhetjük a technológia előnyeit, és kisebb méretben is használhatjuk megújuló energiaforrásként. Hogyan néz ki ez? Mire várunk? Íme öt öt kérdés, amelyek felmerülhetnek a párolgási energiával kapcsolatban, válaszoltak.
Kaphat energiát a párologtatásból? Hogyan működik?
A középiskolai fizika tanárának az asztalán lévő ivott madárjátéka bizonyítja, hogy tudsz. Egy víztömeg elnyeli a nap hőjét - a nap energiájának körülbelül a fele így felhasználódik - és fokozatosan feladja a gőzt a levegőbe. A párolgási motor legegyszerűbb iterációját szalagcsíkkal borítják, amelyeket maguk is bakteriális spórák fednek. Amint a vízgőz összegyűlik a szalagcsíkok alatt, a baktériumok abszorbeálják azt és meghosszabbodnak. Ennek következtében a szalag meghajlik, egyidejűleg egy szellőzőnyílást nyitva a levegőben, és megnyomva egy kart, amely a mechanikai energiából elektromosá alakulhat. A szellőzőnyílás felszabadítja a gőzt, a spórák kiszáradnak, és néhány másodperc alatt a szalag kondenzálódik, a szellőzőnyílás bezáródik, és a ciklus újrakezdődik.
A Sahin ebben az évben megjelent cikke nemcsak a saját energia-felvételi technológiájára, hanem bármilyen típusú párolgási kombájnra hivatkozik. Sahin motorja esetében, amelyet kollégái és a kollégák közzétettek a Nature Communications által 2015-ben, a baktérium spórák megnövekedése és összehúzódása révén működik. Ellentétben a turbinával, amely hőt támaszt a motor meghajtására, a spórákból álló „izmok” kiszélesednek és összehúzódnak a páratartalom alapján - amikor a pára növekszik, a spórák kibővülnek, meghosszabbítva a szalagszerű anyag csíkjait, amelyekhez kapcsolódnak, és kinyit egyfajta szellőzőnyílást. Szellőztetett, csökken a páratartalom, a spórák összehúzódnak, a szellőzőnyílás bezáródik, és a ciklus visszaáll. Amint ez megtörténik, a szalagok mozgása egy kis kereket nyom meg, és a forgás egy generátort hajt meg.
A párologtató motor a víz felszínén (kék) ül. Amikor az alatta lévõ víz elpárolog, egy dugattyúszerű oda-vissza mozog, amely áramot termel, ha egy generátorhoz csatlakozik. (Xi Chen) Ez helyettesítheti a napenergia vagy más megújuló energiaforrásokat?
Csakúgy, mint a nap, a szél, a víz és szinte minden más, a párolgási energia a napból származik. A napenergia egyedi abban az értelemben, hogy közvetlenül nyeri el - mondja Axel Kleidon, a Max Planck Intézet földrendszer-tudósa, aki a legfrissebb Nature Communications cikk áttekintője. A többiek valamilyen közbenső eljárást mutatnak, amely csökkenti a hatékonyságot. A napenergia árának csökkenésével valószínűtlen, hogy a párolgási energia költséghatékony lesz a napelemekhez képest.
Kleidon nagy mértékben tanulmányozza a természetes folyamatok energiakonverzióit. Például, mondja, a szélenergia a napfényre támaszkodik, amelyet hőnek, majd szélnek alakít a légkör, minden alkalommal veszteséget okozva a napenergiaban. Ezen felül, minél több szélturbinát rak fel, annál kevesebb energiát marad a légkörben, hogy minden turbina kihúzzon belőle. Ugyanez vonatkozik a párolgási energiára.
Az Egyesült Államok déli és nyugati részén van a legnagyobb kapacitás a tavakból és a tározókból származó párolgási energia előállításához. (Ahmet-Hamdi Cavusoglu) Ha ez nem csökkenti jelentősen más energiaforrások iránti igényt, akkor mit nyerhetünk belőle?
Az emberi energiaigényre senki sem válaszol. Még ha nem is termeljük energiank 70% -át ilyen módon, akkor is hozzájárulhat. Az általuk kiszámított teljes teljesítmény kis százaléka továbbra is hatással lesz a megújuló energia iparára. A szélenergia jelenleg tíz gigawattot tesz ki, a napenergiát pedig még kevesebbet, tehát a teljes rendelkezésre álló párolgási energia még csak egy kis százaléka is nagy horpadást eredményez.
De vannak hatalomon kívüli előnyök is. Az energia betakarításakor a párolgási sebesség lelassul. Különösen az Amerikai Nyugaton, ahol a környezet száraz és a vízforrások korlátozottak, a lefedő tározók hozzájárulhatnak az általános párolgás csökkentéséhez, így több vizet hagynak öntözésre és emberi fogyasztásra.
Ezenkívül az ilyen típusú energia meg tudja oldani a megújuló energiaforrások jelenlegi kihívásait, az energiatárolást. A párolgás nem csak napközben, hanem éjszaka is előfordul, amikor a napsütésből felhalmozódott meleg gőzt vezet a hűvösebb éjszakai levegőbe. A napenergia és kisebb mértékben a szélenergia éjszaka elpusztul, vagyis amikor a legnagyobb szükségünk van az energiára. A párolgási energia kiegészítheti a probléma más igény szerinti megoldásait, például lítium-ion akkumulátorokat, kék elemeket vagy geotermikus energiát.
Milyen mellékhatások lehetnek a tavak, folyók és ökoszisztémák számára?
Sahin kutatásában erre nem került sor. Csoportja futtatta a számokat, és azt mondja, hogy a környezet másoknak kell elemezniük, mivel a technológia tovább fejlődik. A környezeti vizsgálatokat helyszíneken kell elvégezni. Bizonyos esetekben ez azt jelenti, hogy meg kell vizsgálni a vadon élő állatokat, amelyek a víztestnél és annak környékén élnek. Másokban a víz rekreációs, ipari vagy szállítási célját kell kezelni.
Még a párolgás is befolyásolhatja a környező terület páratartalmát. Sahin hangsúlyozza, hogy az óceánok a légköri nedvességet nagymértékben uralják. De a száraz levegő kis zsebei, ahol ez a technológia lelassítja a párolgást, kisebb hatással lehetnek az ott található növényekre vagy mezőgazdaságra. És jelentős hatással lehet a borított víz hőmérsékletére. Minden attól függ, hogy az egyes víztestek hány százalékát borítják.
Milyen akadályok vannak még ezen technológia megvalósításában?
Tegye hatékonyabbá. Méretezze fel. Végezzen ökológiai értékeléseket. Egy fő folyamat kezdeti szakaszában vagyunk. Noha ésszerű azt gondolni, hogy a technológia megfelelő méretű lesz, a javasolt eszközök blokkjának megismételésével csak kismértékben tanulmányozták - a 2015-ös kutatás egyetlen forgómotorot mutatott be. További lehetőségek rejlenek a hatékonyság növelésében, például az anyagok optimalizálása és a termelési költségek csökkentése, vagy a rendszerek nagyobb motorokká kombinálása. A környezeti tanulmányoknak fel kell mérniük az ökoszisztémákra gyakorolt hatást, ahol alkalmazhatók.
