Энергия, полученная за счет испарения, может обеспечить большую часть территории США: другие потенциальные преимущества включают надежность и экономию воды.

Хотя все еще ограничивается экспериментами в лаборатории, энергия, полученная за счет испарения, в принципе может быть произведена по запросу, днем ​​или ночью, преодолевая проблемы прерывистости, присущие солнечной и ветровой энергии. Расчеты исследователей изложены в сентябрьском выпуске журнала Nature Communications.«У нас есть технология, позволяющая использовать энергию ветра, воды и солнца, но испарение столь же мощно», — говорит старший автор исследования Озгур Сахин, биофизик из Колумбии. «Теперь мы можем оценить его потенциал».Испарение — это естественный способ циркуляции воды между землей и воздухом.

Сахин ранее показал, как этот базовый процесс можно использовать для выполнения работы. Одна машина, разработанная в его лаборатории, так называемая испарительная машина, регулирует влажность с помощью открывающейся и закрывающейся заслонки, побуждая споры бактерий расширяться и сжиматься. Сокращение спор передается генератору, вырабатывающему электричество. Настоящее исследование было разработано, чтобы проверить, сколько энергии теоретически может произвести этот процесс.

Одно из преимуществ испарения заключается в том, что его можно производить только при необходимости. Солнечная и ветровая энергия, напротив, требует батарей для питания, когда солнце не светит и ветер не дует. Батареи также дороги и требуют для производства токсичных материалов.

«Испарение происходит от естественной батареи», — сказал ведущий автор исследования Ахмет-Хамди Чавушоглу, аспирант Колумбийского университета. «Вы можете сделать его своим основным источником энергии и использовать солнечную и ветровую энергию, когда они доступны». Технология испарения также позволяет экономить воду. В ходе исследования ученые подсчитали, что половина воды, которая естественным образом испаряется из озер и водохранилищ в атмосферу, может быть сохранена в процессе сбора энергии.

Согласно их модели, это составляет 25 триллионов галлонов воды в год, или примерно пятую часть воды, потребляемой американцами.По словам исследователей, штаты с растущим населением и более солнечной погодой могут лучше всего использовать способность испарения для выработки энергии и сокращения водных отходов, отчасти потому, что испарение накапливает больше энергии в теплых и сухих условиях. Подверженные засухе Калифорния, Невада и Аризона могут выиграть больше всего.

Исследователи упростили свою модель несколькими способами, чтобы проверить потенциал испарения. Они ограничили свои вычисления Соединенными Штатами, где данные метеостанций легко доступны, и исключили такие важные места, как сельхозугодья, реки, Великие озера и береговые линии, чтобы ограничить ошибки, связанные с моделированием более сложных взаимодействий.

Они также сделали предположение, что технология эффективного сбора энергии за счет испарения полностью разработана.Клаус Лакнер, физик из Университета штата Аризона, который не участвовал в исследовании, выразил поддержку выводам группы. Лакнер разрабатывает искусственные деревья, которые вытягивают углекислый газ из воздуха, частично используя силу испарения.

«Испарение может сделать много работы», — сказал он. «Приятно видеть, что циклы сушки и смачивания также можно использовать для сбора механической энергии».Исследователи работают над повышением энергоэффективности своих усеянных спорами материалов и надеются в конечном итоге протестировать свою концепцию на озере, водохранилище или даже в теплице, где технология может быть использована для одновременного производства энергии и ограничения потерь воды.


Новости со всего мира