Když Ozgur Sahin a jeho kolegové na Columbia University začali hovořit o generátorech odpařování jako o zdroji obnovitelné energie, naše oči se vyplašily. Mohly by Spojené státy opravdu, jak řekly v Nature Communications, získat 69 procent (přibližně 325 gigawattů) svých energetických potřeb z vody, která se vypařuje z našich nádrží, jezer a řek?
Krátká odpověď zní ne. Sahinova čísla byla založena na extrapolaci malé studie o stroji, který vynalezl a který generuje energii pomocí odpařování. Tento malý, plochý „odpařovací motor“ sedí na povrchu vodní hladiny a používá změny vlhkosti k otevírání a zavírání větracích otvorů, které mohou provozovat generátor. Abychom dostali toto číslo, Sahin znásobil sílu, kterou získával od tohoto zařízení, celkovou oblastí jezer, řek a nádrží v USA. Ale samozřejmě nebudeme pokrývat každé jezero a řeku. My - a přírodní ekosystém - je potřebujeme pro jiné věci.
To však neznamená, že nemůžeme těžit z technologie a používat ji v menším měřítku jako zdroj obnovitelné energie. Jak by to mohlo vypadat? Na co čekáme? Zde je pět otázek o odpařovací energii, na které jste odpověděli.
Můžete získat energii z odpařování? Jak to funguje?
Hračka s pitím ptáka, kterou měl učitelka fyziky na střední škole na stole, je důkazem, že můžete. Tělo vody pohlcuje teplo ze slunce - zhruba polovina veškeré sluneční energie se takto využívá - a postupně se vzdává páry do vzduchu. Nejjednodušší iterace odpařovacího motoru je pokryta proužky pásky, které jsou samy pokryty bakteriálními spory. Jak se vodní pára shromažďuje pod proužky pásky, bakterie ji absorbují a protahují. To způsobí, že se páska ohne a současně otevře větrací otvor do vzduchu a tlačí páku, kterou lze převést z mechanické energie na elektrickou. Odvzdušňovač uvolňuje páru, spory vyschnou a během několika sekund se páska kondenzuje, odvětrávání se uzavře a cyklus začíná znovu.
Dokument Sahin publikovaný letos odkazoval nejen na vlastní technologii zachycování energie, ale na jakýkoli typ odpařovacího kombajnu. V případě Sahinova motoru, který on a jeho kolegové publikovali v Nature Communications v roce 2015, funguje to prostřednictvím expanze a kontrakce bakteriálních spór. Na rozdíl od turbíny, která se spoléhá na teplo, které pohánějí motor, se „svaly“ vyrobené z výtrusů rozšiřují a smršťují na základě vlhkosti - když stoupá vlhkost, výtrusy expandují a prodlužují proužky páskového materiálu, ke kterému jsou připojeny, a otevření jakési větrání. Nyní se odvzdušňuje, vlhkost klesá, spóry se stahují, ventilace se uzavře a cyklus se resetuje. Když se to děje, pohyb proužků tlačí malé kolo a rotace pohání generátor.
Odpařovací motor zde sedí na hladině vody (modrý). Když se voda na povrchu dole vypařuje, řídí pístový pohyb tam a zpět, který při připojení k generátoru vyrábí elektřinu. (Xi Chen) Mohlo by to nahradit sluneční nebo jiné obnovitelné zdroje energie?
Stejně jako sluneční, větrná, vodní a téměř všechno ostatní, energie odpařování pochází ze slunce. Solární energie je jedinečná tím, že je získávána přímo, říká Axel Kleidon, vědec pozemských systémů v institutu Maxe Plancka, který byl recenzentem nejnovějšího dokumentu Nature Communications . Všechny ostatní mají nějaký druh prostředního procesu, který snižuje účinnost. Při poklesu cen solárních panelů je nepravděpodobné, že by odpařovací energie byla oproti solárním panelům nákladově efektivní.
Kleidon studuje energetické přeměny přírodních procesů ve velkém měřítku. Například říká, že větrná energie závisí na slunečním světle, které bylo přeměněno na teplo, a pak na vítr, atmosférou, kdykoli naroste ztráta neviditelná v sluneční energii. Čím více větrných turbín uvedete, tím méně energie zůstane v atmosféře pro každou turbínu, která z ní vytáhne. Totéž by platilo pro energii odpařování.
Jižní a západní Spojené státy mají největší kapacitu k výrobě energie generované odpařováním z jezer a nádrží. (Ahmet-Hamdi Cavusoglu) Pokud to nebude výrazně snižovat potřebu dalších zdrojů energie, co z toho můžeme získat?
Neexistuje žádná odpověď na potřeby lidské energie. I když tímto způsobem nevyrábíme 70 procent naší energie, může to ještě přispět. Malé procento z celkového příkonu, který vypočítali, by stále mělo dopad na průmysl obnovitelných zdrojů energie. Větrná energie právě teď představuje desítky gigawattů a sluneční energie ještě méně, takže i malé procento z celkové dostupné energie pro odpařování by způsobilo velký propad.
Ale existují výhody i nad rámec moci. Když sklízíte energii, rychlost vypařování se zpomalí. Obzvláště na americkém západě, kde je prostředí suché a zdroje vody jsou omezené, mohou krycí nádrže pomoci snížit celkové vypařování a ponechat více vody pro zavlažování a lidskou spotřebu.
Kromě toho by tento typ energie mohl řešit jednu z aktuálních výzev pro obnovitelné zdroje energie, a to ukládání energie. K odpařování dochází nejen během dne, ale také v noci, kdy nahromaděné teplo z denního slunce tlačí páry do chladnějšího nočního vzduchu. Sluneční energie a v menší míře větrná energie v noci vymizí, což je, když potřebujeme energii nejvíce. Energie odpařování by mohla doplnit další řešení tohoto problému, jako jsou lithium-iontové baterie, modré baterie nebo geotermální energie.
Jaké vedlejší účinky by to mohlo mít pro jezera, řeky a ekosystémy?
To není něco, na co se Sahinův výzkum zabýval. Jeho skupina běžela na číslech a říká, že kontext je pro další rozbor, jak se technologie dále rozvíjí. Posouzení vlivů na životní prostředí bude muset být prováděno na základě jednotlivých lokalit. V některých případech to bude znamenat studium volně žijících živočichů, kteří žijí na vodní hladině a kolem ní. V jiných je třeba se zabývat rekreačním, průmyslovým nebo dopravním využitím vody.
Dokonce i samotné odpařování by mohlo ovlivnit vlhkost okolí. Ve velkém měřítku, poukazuje na Sahin, nad atmosférickou vlhkostí dominují oceány. Malé kapsy suchého vzduchu, kde se touto technologií zpomaluje vypařování, by však mohly mít menší vliv na rostliny nebo zemědělství. A to by mohlo mít významný vliv na teplotu vody, kterou pokrývá. Ale vše záleží na tom, jaké procento každého vodního útvaru je pokryto.
Jaké překážky stále brání implementaci této technologie?
Zefektivněte ji. Zvětšete to. Provádějte ekologická hodnocení. Jsme v raných fázích významného procesu. I když je rozumné si myslet, že se tato technologie bude dobře škálovat, pouhým opakováním bloků navrhovaných zařízení, byla studována pouze v malém měřítku - v roce 2015 byl výzkum zaměřen na jeden rotační motor. Mohou existovat další příležitosti ke zvýšení účinnosti, jako je optimalizace materiálů a snížení výrobních nákladů nebo sloučení systémů do větších motorů. A environmentální studie budou muset posoudit dopad na ekosystémy, kde mohou být nasazeny.
