Как украинские школьники получили электричество из воздуха и солнца и почему их сманили за границу

08 Октября, 2015, 14:00

16016

Группа украинских школьников с Кировоградщины создала десятки революционных разработок в области альтернативной энергетики. Самые известные — гибкие солнечные батареи, атмосферная электростанция, добывающая энергию из грозовых облаков, и теплоизолирующая краска. Аналогов большинству нет. Ребята могли бы остаться в Украине, но тут их проекты не нашли поддержки.  Итог банален — украинские таланты уехали в США и Европу. Однако верят, что смогут вернуться на родину и внедрить свои разработки.

Из предпринимателей в изобретатели

Юные ученые — преимущественно школьники старших классов города Александрия — проводят исследования в рамках научной секции Малой Академии наук под руководством Сергея Каминского. Он владеет одним из александрийских предприятий по производству технического оборудования и возглавляет департамент инновационных внедрений компании «ПромКонверсия».

Юные александрийские ученые с руководителем

Когда Украина вошла в критический период своей истории, Каминский решил исполнить юношескую мечту и восстановить моду на изобретателей. «Год назад отдал предприятие под оперативное управление своему другу, а сам начал собирать талантливых детей. Я и сам выпускник Малой академии. Решил заняться тем, что мне интересно. Сейчас оказался на передовой энергетической безопасности страны. Веду около 40 проектов, каждый из которых — почти прорыв в энергетике», — поведал AIN.UA Сергей.

Концентрацию внимания именно на энергетике он поясняет патриотическими побуждениями. Украина беспрецедентно зависит от внешнего сырья, преимущественно из России. «Для любой страны — это беда. А для нашей — беда в многократном размере. Наши деньги просто вымывают на энергоносители», — говорит он.

Три технологии

Только три проекта из сотни разработок можно быстро реализовать при минимальных инвестициях и с быстрой окупаемостью.

Энергия из атмосферы. Грозовые облака содержат огромные запасы энергии. Она является наиболее естественной, безопасной, дешевой и экологической. Юные ученые разработали схему для добычи электроэнергии из атмосферы с помощью искусственного ионизированного облака.

Происходит это за счет сильного электрического поля, которое излучается ионизирующей башней высотой в 50 м. Заряженные частицы накапливаются электродами высотой до 150 м, в которых один конец заземлен, а другой свободно поднимается вверх. Полученный из воздуха заряд оседает на электроды и высвобождает электрический ток. Через трансформаторы напряжения электричество направляется потребителям. Автор проекта — школьник 10-го класса Самуил Кругляк.

Самуил Кругляк

Солнечные батареи. Органическую батарею, преобразующую солнечный свет в электричество, Каминский называет батареей третьего поколения. И не зря. Хоть состав изобретения не раскрывается, его создатели уверяют, что сделать ее можно с помощью доступных органических ингредиентов даже у себя на кухне. В то же время при создании стандартной кремниевой батареи используются вредные вещества, которые просто так не утилизируешь.

По КПД органические батареи уступают кремниевым, но в десять раз дешевле и просты в утилизации. Стоимость батареи стартует от $150. Относительная дешевизна снижает окупаемость в разы, что повышает рейтинг проекта в глазах инвесторов, отмечает Каминский. Над проектом много лет работали преподаватели и ученики Александрийского филиала Малой академии наук.

Органическая солнечная батарея

Краска три в одном. Краска из несложного состава наносится в несколько слоев, например, на стены дома. Состав краски наделяет ее тремя свойствами: термоизоляция, преобразователь внешней энергии в электричество, хранение электроэнергии. Таким образом, покрашенный дом утепляется, производит и сохраняет электричество.

Энергосберегающая краска

Краска наносится квадрокоптером с распыляющим устройством и шлангом, подающим смесь. Стоимость покраски пока не озвучивается. Автор проекта — группа украинских ученых во главе с Сергеем Каминским.

Грамота и конфеты

На эксперименты энтузиаст уже потратил 600 000 грн своих и спонсорских средств (спонсорами выступают местные предприниматели). «В одиночку такие прорывные проекты не потянешь. Здесь необходимо венчурное инвестирование. В развитых странах расходы на себя берут фонды, государство. Наши инвесторы привыкли к системе «деньги-товар». Однако наука и новейшие технологии – это больше чем товар, это новый жизненный уклад, новые возможности для каждого и страны в целом» — констатирует он.

На помощь государства рассчитывать не приходится. Идеологи проекта убедились в этом на собственном опыте. Технологии, способные быстро окупиться и экономить ресурсы, не взяли даже даром. «Собрал все руководство Кировоградской области, депутатов, администрацию. Вместе с детьми презентовали 13 энергосберегающих проектов. Сказали им: мы вам дарим эти проекты, внедряйте их, страна в опасности. И попросили создать лабораторию в Александрии — поездки в киевские лаборатории за 350 км сильно выматывают. В ответ получили похвалу, грамоты и конфеты. Позже создали комиссию, которая должна была что-то решить. И на этом все закончилось», — рассказал Сергей.

Своими силами

Спустя семь месяцев после презентации работы чиновникам ничего не изменилось. Тогда вдохновители стартапа решили одну разработку поставить на коммерческую основу. Занялись строительством завода по производству органических солнечных батарей и электростанций.

На данный момент своими силами могут профинансировать менее 30% строительства завода. Единственный инвестор проекта – «ПромКонверсия». Пока опытное производство будет осуществляться на существующем заводе конвейерного оборудования в Александрии. В ноябре планируют запустить тестовую партию солнечных батарей. Спрос на продукт украинских изобретателей огромный — завод получил предварительных заказов на четыре года вперед.

Электростанция

Со строительством атмосферной электростанции возникли сложности. «Разрешающим органам трудно объяснить, что энергия может вырабатываться из атмосферы, а грозовая туча способна дать энергии на недельное электроснабжение Харькова. Поэтому решили сосредоточиться на солнечной электростанции», — рассказывает Сергей.

Вопрос имел все шансы затеряться в бюрократических коридорах александрийских чиновников. Но спустя время, благодаря настойчивости и упорству энтузиастов, сдвинулся с мертвой точки. В районе местной бывшей ТЭЦ под строительство солнечной электростанции мощностью 1 МВт выделили участок. Арендную плату за него стартаперы будут платить в казну на общих основаниях по средней ставке, без преференций.

Мозги на экспорт

Со своими проектами юные изобретатели приняли участие в нескольких научных выставках. В прошлом году александрийские школьники заняли все три призовых места на конкурсе «Майбутнє України». В июне этого года на Всемирном конкурсе GENIUS Olympiad в Нью-Йорке александриец Самуил Кругляк выборол бронзу. Он мог бы претендовать и на золото, если бы лучше знал английский – уверен его научный руководитель. Американцев заинтересовала технология производства энергии из воздуха, и Кругляку предложили стипендию в Государственном университете Нью-Йорка. В итоге мальчик остался в США вместе с половиной команды.

Интересно, что в США отношение к экспорту перспективных ученых несколько иное. Ребят из американской команды на упомянутой выставке охраняли спецслужбы. «В США талантливых детей «ведут» с детства, заботятся о семье, трудоустраивают родителей. А у нас все по-другому», — говорит  Каминский. Поэтому неудивительно, что вскоре после выставки еще двое александрийских школьников, которые работали над другими энергосберегающими проектами, выехали в Австрию и Германию.

Сергей Каминский с органической солнечной батареей

Еще одна проблемная зона для юных ученых — патентование. В мире вопрос авторских прав урегулирован намного лучше. «Наши патенты ничего не стоят. Они не защищают интеллектуальную собственность. Для нашего ученого получение патента международного образца стоит 7 000 евро. Для школьника это нереальная сумма», — говорит он.

Сергей Каминский уверен, что в Украине еще не все потеряно, и здравый смысл победит. Утечку мозгов, по его мнению, может предотвратить реальное, а не напускное внимание государства и инвесторов. «Верю, что наступит день, когда в нашей стране наладится инфраструктура альтернативной энергетики. И тогда ребята смогут вернуться в Украину. Достаточно создать необходимые условия, когда здесь будет интересно», — резюмировал он.

Ученым из MIT удалось получить электричество из воздуха при помощи бактериального белка

Группа ученых из Массачусетского технологического университета разработали установку получения энергии из воздуха. Правда, есть обязательное условие — наличие в воздухе влаги. Основной рабочий элемент — сверхтонкая пленка из токопроводящих белковых нанонитей.

Их вырабатывают бактерии Geobacter sulfurreducens. Толщина нитей составляет всего 7 микрометров. Ее структура пористая, поскольку пленка состоит из множества нанонитей. Плена помещена между электродами из золота. Общий размер устройства — 1*2 см.

Электричество удается получать из-за так называемого градиента влажности между атмосферным воздухом и слоями белковых нитей. При этом вырабатываемый ток можно использовать в практических целях. Вырабатываемого 17 устройствами электричества хватает для работы небольшого экрана.

По мнению исследователей, электричество вырабатывается в результате процесса ионизации карбоксильных групп на поверхности белковых нитей из-за присутствия молекул воды. Это приводит к появлению подвижных протонов, которые выступают в качестве носителя заряда в такой системе.

Градиент влажности приводит к появлению градиента концентрации носителей заряда. В итоге возникает диффузия протонов и появляется потенциал, аналогичный потенциалу покоя живых клеток.

Что касается напряжения и силы тока, то в состоянии покоя генератор дает около 0,5 вольта. Если же цепь замкнуть, ток достигает значения в 250 наноампер. При работе генератора на протяжении 20 часов напряжение падает на треть. После отключения устройства оно восстанавливается примерно за пять часов, после чего способно давать ток с прежними характеристиками.

Важный момент — параметры работы генератора не зависят от освещения или иных факторов. Напряжение в сети из 17 устройств достигает 10 вольт.

Основная задача сейчас — производство белковых нанопроволочек. Ученые собираются решить эту проблему за счет бактерий E. coli. Если все получится, то при помощи генератора нового типа удастся заряжать небольшие гаджеты, включая умные часы и телефон. Возможно, белковую пленку удастся сделать компонентом краски — и тогда окрашенная этой краской стена станет генератором электричества.

Для того, чтобы вырабатывать энергию, гаджету нужен только воздух с определенным уровнем влажности — и больше ничего. Если генератор удастся довести до состояния промышленного образца, возможно, «зеленая энергетика» получит еще одно направление развития.

Тесла электричество из воздуха

В связи с постоянным ростом цен на энергоносители, все больше внимания уделяется так называемым альтернативным источникам электрической энергии. Данный вопрос уже давно волнует не только дилетантов, предпринимающих усилия по созданию энергетических установок. Этой проблемой занимаются и ученые, разрабатывающие реальные схемы получения альтернативной электроэнергии.

Опыты известных ученых

Одним из первых этой проблемой заинтересовался Никола Тесла. Он планировал перевести добычу электроэнергии из воздуха на промышленную основу. Большинство опытов Николы Тесла были посвящены свободной форме электричества. В качестве основной причины его появления из ниоткуда, он считал солнечную энергию.

В результате изучения свободной энергии, Тесла создал прибор, который позволял бы получать электрическую энергию напрямую из земли и воздуха. Предусматривалась и передача полученной энергии на расстояние. Данное изобретение было запатентовано под наименованием аппарата, использующего излучающую энергию.

Уже в наше время изобретателем Стивеном Марком было создано устройство, производящее электроэнергию в достаточном количестве. Оно получило название тороидального генератора, способного эффективно запитывать различные виды потребителей, в том числе, лампы накаливания и даже сложные бытовые приборы. Данный генератор способен работать в течение длительного времени и не требует какой-либо внешней подпитки. Его основным принципом работы служат резонансные частоты, магнитные вихри и токовые удары в металле.

Как реально получить электричество из воздуха

Проводимые Николой Тесла опыты, доказывают, что электричество из воздуха своими руками можно получать совершенно свободно. Особенно актуально это стало в настоящее время, когда всю атмосферу постоянно пронизывают в большом количестве различные энергетические поля. Они создаются трансляционными вышками, линиями электропередач и другими устройствами, производящими излучения.

Получение электричества из воздуха не требует каких-либо сложных схем. Как правило, в качестве основания используется земля, над которой поднимается металлическая пластина, играющая роль антенны. Между ними существует статическое электричество, накапливающееся с течением времени и обладающее определенным потенциалом. Через определенные временные интервалы происходят разряды электричества, которые можно использовать. По своей сути, это эффект молнии, представляющий определенную опасность при работе с ним.

Что такое атмосферное электричество

Первым всерьез занялся проблемой гениальный Никола Тесла. Источником появления свободной электрической энергии Тесла считал энергию Солнца. Созданный им прибор получал электроэнергию из воздуха и земли. Тесла планировал разработку способа передачи полученной энергии на большие расстояния. Патент на изобретение описывал предложенный прибор, как использующий энергию излучения.

Устройство Теслы было революционным для своего времени, но объем получаемой им электроэнергии был небольшим, и рассматривать атмосферное электричество как альтернативный источник энергии, было неверно. Совсем недавно изобретатель Стивен Марк запатентовал прибор, производящий электричество в больших объемах. Его тороидальный генератор может подавать электричество для ламп накаливания и более сложных бытовых приборов. Он работает длительное время, не требуя внешней подпитки. Работа этого прибора основана на резонансных частотах, магнитных вихрях и токовых ударах в металле.

На фото рабочий образец тороидального генератора Стивена Марка

Как получить электричество из воздуха в домашних условиях

Опыты Николы Тесла показали, что получать электричество из воздуха своими руками можно без особого труда. В наше время, когда атмосфера пронизана различными энергетическими полями, эта задача упростилась. Все, что производит излучения (теле- и радиовышки, ЛЭП и т. п.) создает энергетические поля.

Принцип получения электричества из воздуха очень прост: над землей поднимается пластина из металла, которая играет роль антенны. Между землей и пластиной возникает статическое электричество, которое, со временем накапливается. Через определенные временные интервалы происходят электрические разряды. Таким образом генерируется, а затем используется атмосферное электричество.

Схема получения атмосферного электричества своими руками

Такая схема достаточно проста ‑ для генерации потребуется только металлическая антенна и земля. Потенциал, который устанавливается между проводниками, со временем накапливается, хотя рассчитать его силу невозможно. При достижении определенного максимального значения потенциала происходит разряд тока, подобный молнии.

Достоинства

• Простота. Принцип легко можно апробировать дома;
• Доступность. Не нужны никакие приборы и сложные приспособления – достаточно токопроводящей пластинки.

Недостатки

• Невозможность просчитать силу тока, что может быть опасно;
• К образованному при работе открытому контуру заземления притягиваются молнии. Удар молнии может достигать напряжения 2000 вольт, а это очень опасно. Именно поэтому способ не получил широкого распространения.

Где уже используют атмосферное электричество

Тем не менее, есть примеры использования приборов, работающих по описанному принципу — ионизатор люстра Чижевского уже не первое десятилетие продается и успешно работает.

Еще одной рабочей схемой получения электроэнергии из воздуха является генератор TPU Стивена Марка. Устройство позволяет получить электроэнергию без внешней подпитки. Многими учеными эта схема апробирована, но широкого применения пока не нашла из-за своих особенностей. Принцип действия этой схемы в создании резонанса токов и магнитных вихрей, которые способствуют возникновению токовых ударов.

В настоящее время в Грузии тестируется генератор Капанадзе. Этот источник энергии также работает без внешней подпитки и добывает электричество из воздуха без дополнительных ресурсов.

На фото готовый к работе генератор Капанадзе

Выводы

Новые способы получения дешевой энергии у многих ученых вызывают опасения из-за вмешательства в процессы атмосферы и ионосферы. Их влияние на возникновение и течение жизни на Земле изучено слабо, поэтому воздействие может пагубно отразиться на состоянии планеты.

Но лично я считаю, что технология атмосферного элекричества тормозится умышленно. Более того, существует факт масштабного использования электричества из воздуха до 1917 года. На видео ниже вы сами можете убедиться в существовании электроэнергии даже в 17 веке.

Что такое атмосферное электричество

Первым всерьез занялся проблемой гениальный Никола Тесла. Источником появления свободной электрической энергии Тесла считал энергию Солнца. Созданный им прибор получал электроэнергию из воздуха и земли. Тесла планировал разработку способа передачи полученной энергии на большие расстояния. Патент на изобретение описывал предложенный прибор, как использующий энергию излучения.

Устройство Теслы было революционным для своего времени, но объем получаемой им электроэнергии был небольшим, и рассматривать атмосферное электричество как альтернативный источник энергии, было неверно. Совсем недавно изобретатель Стивен Марк запатентовал прибор, производящий электричество в больших объемах. Его тороидальный генератор может подавать электричество для ламп накаливания и более сложных бытовых приборов. Он работает длительное время, не требуя внешней подпитки. Работа этого прибора основана на резонансных частотах, магнитных вихрях и токовых ударах в металле.

На фото рабочий образец тороидального генератора Стивена Марка

Как получить электричество из воздуха в домашних условиях

Опыты Николы Тесла показали, что получать электричество из воздуха своими руками можно без особого труда. В наше время, когда атмосфера пронизана различными энергетическими полями, эта задача упростилась. Все, что производит излучения (теле- и радиовышки, ЛЭП и т. п.) создает энергетические поля.

Принцип получения электричества из воздуха очень прост: над землей поднимается пластина из металла, которая играет роль антенны. Между землей и пластиной возникает статическое электричество, которое, со временем накапливается. Через определенные временные интервалы происходят электрические разряды. Таким образом генерируется, а затем используется атмосферное электричество.

Схема получения атмосферного электричества своими руками

Такая схема достаточно проста ‑ для генерации потребуется только металлическая антенна и земля. Потенциал, который устанавливается между проводниками, со временем накапливается, хотя рассчитать его силу невозможно. При достижении определенного максимального значения потенциала происходит разряд тока, подобный молнии.

Достоинства

• Простота. Принцип легко можно апробировать дома;
• Доступность. Не нужны никакие приборы и сложные приспособления – достаточно токопроводящей пластинки.

Недостатки

• Невозможность просчитать силу тока, что может быть опасно;
• К образованному при работе открытому контуру заземления притягиваются молнии. Удар молнии может достигать напряжения 2000 вольт, а это очень опасно. Именно поэтому способ не получил широкого распространения.

Где уже используют атмосферное электричество

Тем не менее, есть примеры использования приборов, работающих по описанному принципу — ионизатор люстра Чижевского уже не первое десятилетие продается и успешно работает.

Еще одной рабочей схемой получения электроэнергии из воздуха является генератор TPU Стивена Марка. Устройство позволяет получить электроэнергию без внешней подпитки. Многими учеными эта схема апробирована, но широкого применения пока не нашла из-за своих особенностей. Принцип действия этой схемы в создании резонанса токов и магнитных вихрей, которые способствуют возникновению токовых ударов.

В настоящее время в Грузии тестируется генератор Капанадзе. Этот источник энергии также работает без внешней подпитки и добывает электричество из воздуха без дополнительных ресурсов.

На фото готовый к работе генератор Капанадзе

Выводы

Новые способы получения дешевой энергии у многих ученых вызывают опасения из-за вмешательства в процессы атмосферы и ионосферы. Их влияние на возникновение и течение жизни на Земле изучено слабо, поэтому воздействие может пагубно отразиться на состоянии планеты.

Но лично я считаю, что технология атмосферного элекричества тормозится умышленно. Более того, существует факт масштабного использования электричества из воздуха до 1917 года. На видео ниже вы сами можете убедиться в существовании электроэнергии даже в 17 веке.

Челябинские ученые смогли получить электроэнергию из спирта

Накопление электроэнергии считается одной из 12 прорывных технологий, которые существенным образом изменят мировую экономику. Ученым Южно-Уральского государственного университета удалось подойти к решению этой проблемы. Они представили проект, который поможет хранить электроэнергию в промышленных масштабах.

Сейчас активно используются альтернативные источники энергии, которые решают одну из важнейших проблем современности — производство электроэнергии с использованием экологически чистых технологий. Однако энергия солнца и ветра имеет резкие суточные и сезонные колебания и без накопителя энергии солнечные батареи и ветроэнергетичесие установки остаются неэффективными. Как отметил руководитель проекта, заведующий кафедрой «Теоретические основы электротехники» энергетического факультета ЮУрГУ Сергей Ганджа, проблема накопления электроэнергии сейчас остро стоит перед мировым сообществом.

Это связано с тем, что электроэнергию легко произвести, передать на большие расстояния и использовать, но хранить очень сложно и дорого. Для этого необходимо перевести ее в другие виды. Например — в химическую.

Однако существующий способ накопления ее в аккумуляторных батареях не подходит для использования в промышленных масштабах — аккумуляторы ограничены в объемах и затратны. Как рассказал «РГ» Сергей Ганджа, в вузе разработали проект, который позволит не только хранить электроэнергию в неограниченных масштабах, но и сделает этот процесс экологически чистым. Среди авторов — группа ученых из ЮУрГУ и приглашенный специалист по топливным элементам — исследователь из института нефти и газа Ирана Лейла Самие.

В основе проекта лежит технология получения метанола с использованием электричества, воды и углекислого газа, взятого из воздуха. Таким образом, электрическую энергию переводят в жидкое топливо, которое можно хранить в неограниченных объемах. Его получают при химическом соединении водорода, который вырабатывает при электролизе воды, с углекислым газом. Такое жидкое топливо можно использовать в хорошо отлаженной технологии с использованием метаноловой батареи, получая обратно электричество, тепло, и воду.

Как отметил Сергей Ганджа, уникальность разработки состоит в том, что ранее никому не удавалось довести цепочку преобразования энергии до метилового спирта. По его словам, подобные работы проводили в Австрии, где ученые дошли до метана, получая его в две ступени. Однако хранение газа гораздо сложнее и дороже. Челябинским ученым удалось усовершенствовать технологию.

— При использовании данной технологии нет никаких выбросов. Мы не добавляем лишний углекислый газ в атмосферу. Мы забираем его из воздуха и возвращаем обратно. Получается круговорот углекислого газа в природе, — пояснил руководитель проекта. — Сейчас ученые обеспокоены тем, что слишком много углекислого газа выбрасывается в атмосферу. Для нас же это сырье. Мы планируем дальше развивать эту технологию и решить проблему с лишними выделениями углекислого газа промышленных предприятий, переводя выбросы в полезное топливо.

Единственный минус данной технологии состоит в самом производстве метила — для этого потребуются не самые дешевые катализаторы на основе драгоценных металлов. Однако этот недостаток перекрывается тем количеством энергии, которое можно накапливать с помощью метилового спирта, что делает подобную технологию более выгодной для использования.

Первая накопительная установка станет частью еще одного проекта вуза — энергоэффективного дома для экологически чистого поселения, разработанного специально для уральского региона.

Атмосферное электричество. Виды и особенности. Явления

В атмосфере Земли возникают различные акустические, оптические и электрические явления. Атмосферное электричество это совокупность электрических явлений в атмосфере, а также раздел физики атмосферы, изучающий эти явления. Однозначной картины того, чем является атмосферное электричество, до настоящего времени нет. Существующие модели объясняют часть явлений, обладая своими плюсами и минусами каждая.

Изучаются существующее в атмосфере электрическое поле, ионизация атмосферы и ее электрическая проводимость, атмосферные электрические токи, объемные заряды, заряды облаков и осадков, грозовые разряды и другое. К атмосферному электричеству относятся тропосферные и стратосферные процессы. Тропосфера (нижний слой атмосферы) простирается до высоты 8-18 км, в зависимости от географической широты местности; выше, до высот порядка 50 км, простирается стратосфера, еще выше лежит ионосфера.

История изучения

Атмосферное электричество было доказано одним из отцов-основателей Соединенных Штатов Бенджамином Франклином, соавтором Декларации независимости и Конституции страны, чей портрет украшает 100-долларовую купюру. Будучи ученым-самоучкой, Франклин интересовался множеством физических проблем, в т.ч. и исследованиями электричества. Франклин изобрел плоский конденсатор и молниеотвод, что внесло вклад в изучение и объяснение процессов в атмосфере.

К заслугам Франклина следует отнести то, что он в 1752 году показал, что атмосферное электричество, получаемое посредством запуска воздушных змеев, способно заряжать лейденскую банку (цилиндрический конденсатор с металлическими обкладками и стеклянным диэлектриком) не хуже «земного» электричества, добываемого трением. Им же была установлена электрическая природа молнии. Для доказательства того что в воздухе присутствует атмосферное электричество Франклин использовал бумажный змей с проволокой на нем. Эти заслуги были высоко оценены его российским коллегой М.В. Ломоносовым.

В России 18 века заметный вклад в изучение атмосферных электрических явлений был внесен академиками М.В. Ломоносовым и Г.В. Рихманом. В 1745 году Рихман разработал «Электрический указатель», представлявший собой электроскоп с разделенной на градусы шкалой. Этим указателем Ломоносов с Рихманом воспользовались при создании «громовой машины» — установки для изучения интенсивности атмосферных электрических разрядов. «Громовая машина», в отличие от «электрического змея» Франклина, непрерывно фиксировала изменения атмосферного электричества, вне зависимости от погоды, и позволила ученым установить, что в атмосфере электричество разлито и в отсутствие грозы. Также им удалось доказать, что молния является электрическим разрядом в атмосфере. Особо зрелищной явилась пальба при стечении народа из батареи пушек в небо, с целью показать, что «гром не показывает электрической силы», поскольку при этом «электрический указатель ничего не показывал».

В 1753 году Рихман, во время очередного эксперимента, был убит шаровой молнией, вышедшей из «электрического указателя» во время грозы. В том же году Ломоносов выступил с докладом о разработанной им материалистической теории «Атмосферное электричество», соответствующей в принципиальных основах современным представлениям.

Ломоносов полагал, что причиной атмосферного электричества является трение пылинок воздуха о капельки воды, все это на фоне восходящих и нисходящих потоков воздуха. Северные сияния также имеют, по мнению Ломоносова, электрическую природу, он проводил опыты по воспроизведению северных сияний на моделях. Также Ломоносов рекомендовал повсеместную установку громоотводов.

Интересен опыт, произведенный в 1868 году американским дантистом Малоном Лумисом. Лумис в присутствии членов Конгресса США устанавливал беспроводную связь между двумя пунктами посредством поднятых над землей на высоту 190 м двух электропроводов, служащими передающей и приемной антенной. На расстояние 30 км при замыкании передающей антенны ключом на землю передавался сигнал, регистрируемый включенным в цепь приемной антенны гальванометром. Поскольку в цепь антенны никакие источники электропитания не подключались, придется признать, что без атмосферного электричества и здесь не обошлось.

В дальнейшем Лумис вместо воздушных змеев соорудил высокие металлизированные деревянные мачты. Особого интереса к его опытам современники не проявляли – в это время А.С. Попов еще учился в школе, а Г. Маркони еще не успел родиться. Будущее радиосвязи было связано с мощными источниками электропитания на передающей стороне с преобразованием их энергии в энергию электромагнитных волн.

По завершению 19 века наблюдается уменьшение интереса к изучению гроз и молний. Больше внимания ученые уделяляли изучению электрического поля при хорошей погоде.

Исходя из того, что человечество на Земле живет между обкладками заряженного конденсатора, неоднократно возникала мысль воспользоваться этой бесплатной энергией. Одним из первых такие мысли высказывал ученый сербского происхождения Никола Тесла, и даже проводил практические опыты в этом направлении – построил 47-метровую вышку для получения «атмосферного электричества».

Самой распространенной моделью, предоставляющей хорошую аналогию атмосферным процессам, и теоретические возможности их рассмотрения, является конденсаторная модель.

В этой модели Земля с окружающей атмосферой представлена огромным сферическим конденсатором, и, как и любой конденсатор, способна сохранять электрическую энергию. Обкладками этого конденсатора служат поверхность земли и ионосфера. Диэлектриком конденсатора служит воздух, обладающий низкой электропроводимостью. Обкладки этого «конденсатора» разнополярно заряжены – отрицательно поверхность Земли и положительно ионосфера, и между ними формируется электрическое поле.

Однако, в отличие от идеального конденсатора, где поле между обкладками однородное, поле «земного» конденсатора неоднородно, его напряженность максимальна у поверхности земли и уменьшается с высотой. Неравномерность атмосферного электрического поля объясняется электрическими явлениями в облаках, создающими объемные заряды в слоях атмосферы и обусловливающими большую напряженность электрического поля у поверхности Земли. Если у земной поверхности напряженность составляет 130 В/м, то уже на километровой высоте она падает до 40 В/м, а на высоте 12 км составляет всего 2,5 В/м.  Атмосферное электричество и его конденсаторная модель называется теорией Вильсона, по имени шотландского физика. По теории Ч. Вильсона, обкладки земного конденсатора заряжаются грозовыми облаками, обладающими зарядом в 10-20 Кл, иногда доходящими до 300 Кл.

Имеется также гипотеза советского ученого Я.И. Френкеля, в которой электрическое поле формируется путем взаимодействия и поляризации поверхности Земли и облаков, ионосфере при этом особая роль в создании электрического поля не отводит

Из конденсаторной модели вытекает наличие токов утечки, в обычном конденсаторе снижающих его эффективность как хранителя электрического заряда, и в итоге приводящих к разряду конденсатора. Аналогом токов утечки конденсатора в «земном» конденсаторе являются конвективные токи грозовых и ураганных областей, достигающие десятков тысяч ампер. Но, в отличие от физического конденсатора, разность потенциалов между ионосферой и земной поверхностью не изменяется, т.е. земной конденсатор не разряжается, а напряженность электрического поля в атмосфере не спадает. Подобное возможно только, если дополнительный генератор будет постоянно подпитывать зарядами обкладки конденсатора. Источником энергии, подпитывающим конденсатор, является магнитное поле земли. Вращение Земли в потоке исходящего от Солнца излучения приводит к выработке электрического напряжения, создающего разность потенциалов между ионосферой и земной поверхностью.

Из конденсаторной модели вытекают следующие характеристики системы: общий заряд Земли 6·10⁵ Кл, разность потенциалов между обкладками 300 кВ, полное сопротивление атмосферы 230 Ом. Земной конденсатор постоянно разряжается суммарными токами порядка сотен ампер, и в отсутствие источников постоянного подзаряда конденсатора он бы разрядился полностью примерно за 10 минут. Природа подзаряда конденсатора окончательно не выяснена, но известно, что в областях с грозовыми облаками текут токи заряда, а в свободных от облаков областях текут токи разряда.

Гроза сопровождается искровыми разрядами – молниями, сопровождающимися световыми вспышками и громом. С точки зрения конденсаторной модели все это – паразитные явления. Для наземных объектов (и летящих самолетов) молнии представляют огромную опасность, вследствие своего электрического, теплового и ударного воздействия.

Атмосферное электричество как молнии бывают не только на земле, но и на других планетах Солнечной системы. Сила тока линейной земной молнии доходит до полумиллиона ампер при напряжении до миллиарда вольт и типичном значении в десятки миллионов вольт. Длительность молний достигает нескольких секунд, а длина доходит до сотен километров, при том, что молний короче нескольких сотен метров тоже не бывает.

В верхних слоях атмосферы за последние десятилетия открыты и совершенно особые виды молний – эльфы, спрайты и джеты.

Зарницы – вспышки света на горизонте при удаленной грозе. Вследствие удаленности раскаты грома не слышны, но видны вспышки молний. Иногда зарницы видны при совершенно ясном небе. Появляются они обычно в жаркое время года.

Помимо молний (искрового разряда) в атмосфере наблюдается и коронный разряд, называемый огнями Святого Эльма. Коронный разряд возникает в газе в резко неоднородном электрическом поле вблизи электродов с большой кривизной поверхности (острие, провода). К появлению огней Святого Эльма ведет повышение напряженности электрического поля в окружающей среде, во время грозы или ее приближении, метели, шторма и пр.

В зонах вблизи острия нейтральные частицы газа ионизируются и возбуждаются в результате соударения с электронами, в результате вокруг электродов возникает «корона» – светящийся ореол. В атмосфере коронный разряд выглядит как наблюдающиеся в темноте светящиеся кисти на острых концах высоких предметов (башен, корабельных мачт).

Шаровая молния – это газовый разряд сферической формы, выглядит как плавающее в воздухе светящееся образование, перемещающееся по непредсказуемой траектории. Очевидцы свидетельствуют, что шаровая молния появляется в грозовую погоду, иногда наряду с обычными молниями. При этом она выходит из проводника или даже предмета (столба, дерева). Попытки сфотографировать шаровую молнию или произвести видеосъемку обычно оказывались неудачными ввиду низкого качества отснятого материала.

Шаровая молния – настолько редкое и уникальное природное явление, что до сих пор не существует признанного всеми теоретического обоснования этого феномена, а до 2012 года даже не существовало подтверждения их реальности. Есть и теории, считающие наблюдения шаровой молнии следствием расстройств психики. Получить устойчивую шаровую молнию в лабораторных условиях также еще не удалось.

Похожие темы:

может генерировать электричество из воздуха с использованием бактериального белка, говорится в исследовании

По словам исследователей из Массачусетского университета (UMass) в Амхерсте в США, Air-gen соединяет электроды с крошечными протеиновыми проводами таким образом, что генерирует электрический ток из водяного пара, естественным образом присутствующего в атмосфере.

«Мы буквально производим электричество из воздуха. Air-gen вырабатывает чистую энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю», — сказал Цзюнь Яо, соавтор исследования из Университета Массачусетса в Амхерсте.

Они добавили, что он может генерировать электроэнергию даже в районах с чрезвычайно низкой влажностью, таких как пустыня Сахара.

По словам Дерека Лавли, другого соавтора исследования из Университета Массачусетса в Амхерсте, устройство имеет значительные преимущества перед другими видами возобновляемой энергии, включая солнечную и ветровую, поскольку «оно работает даже в помещениях».

Air-gen требует только тонкой пленки из крошечных белковых проволок толщиной менее 10 микрометров, которые поглощают водяной пар из атмосферы, говорят ученые.

Нижняя часть пленки, добавили они, опирается на электрод, в то время как электрод меньшего размера, который покрывает только часть пленки белковой проволоки, находится сверху.

Обладая особыми химическими особенностями поверхности и способностью проводить электричество, эти крошечные белковые проволочки и мелкие поры между ними создают условия, благоприятные для генерации электрического тока между двумя электродами, говорится в исследовании.

Ученые надеются расширить масштабы этой технологии для питания малой электроники.

«Конечной целью является создание крупномасштабных систем. Например, технология может быть включена в краску для стен, которая может помочь в обеспечении электропитания вашего дома. Или мы можем разработать автономные генераторы с пневматическим приводом, которые поставляют электричество из сети. , «Сказал Яо.

«Когда мы перейдем к промышленному производству проволоки, я полностью ожидаю, что мы сможем создать большие системы, которые внесут значительный вклад в устойчивое производство энергии», — добавил он.

Ученые недавно разработали новый штамм микробов для более быстрого и недорогого массового производства белковых проводов.

«Мы превратили E. coli в фабрику по производству белковых нанопроволок. Благодаря этому новому масштабируемому процессу поставка белковых нанопроволок больше не будет узким местом для разработки этих приложений», — сказал Лавли.

Загрузите приложение The Economic Times News, чтобы получать ежедневные обновления рынка и новости бизнеса в реальном времени.

Возобновляемые устройства могут помочь смягчить последствия изменения климата, привести в действие медицинские устройства — ScienceDaily

Ученые из Массачусетского университета в Амхерсте разработали устройство, которое использует натуральный белок для производства электричества из влаги в воздухе, новая технология, которая, по их словам, может иметь значительные последствия для будущего возобновляемых источников энергии, изменения климата и будущего медицины.

Как сообщалось сегодня в журнале Nature , лаборатории инженера-электрика Джун Яо и микробиолога Дерека Ловли из Университета Массачусетса в Амхерсте создали устройство, которое они назвали «Генератор воздуха» или генератор с воздушным приводом, с электропроводящими белковыми нанопроводами, производимыми микробом. Геобактер. Air-gen соединяет электроды с белковыми нанопроводами таким образом, что электрический ток генерируется из водяного пара, естественным образом присутствующего в атмосфере.

«Мы буквально производим электричество из воздуха», — говорит Яо.«Air-gen производит чистую энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю». Лавли, который разрабатывает экологически безопасные электронные материалы на основе биологии более трех десятилетий, добавляет: «Это самое удивительное и захватывающее применение белковых нанопроволок».

Новая технология, разработанная в лаборатории Яо, не загрязняет окружающую среду, является возобновляемой и недорогой. Он может генерировать электроэнергию даже в районах с очень низкой влажностью, таких как пустыня Сахара. По словам Ловли, он имеет значительные преимущества перед другими видами возобновляемой энергии, включая солнечную и ветровую, потому что, в отличие от этих других возобновляемых источников энергии, Air-gen не требует солнечного света или ветра и «работает даже в помещении.«

Для устройства Air-gen требуется только тонкая пленка из белковых нанопроволок толщиной менее 10 микрон, объясняют исследователи. Нижняя часть пленки опирается на электрод, в то время как электрод меньшего размера, который покрывает только часть пленки нанопроволоки, находится сверху. Пленка адсорбирует водяной пар из атмосферы. Комбинация электропроводности и химического состава поверхности белковых нанопроволок в сочетании с тонкими порами между нанопроводами внутри пленки создает условия, при которых между двумя электродами генерируется электрический ток.

Исследователи говорят, что нынешнее поколение устройств Air-gen может приводить в действие небольшую электронику, и они планируют вскоре довести изобретение до коммерческого масштаба. Следующие шаги, которые они планируют, включают разработку небольшого «патча» Air-gen, который может питать электронные носимые устройства, такие как мониторы для здоровья и фитнеса, а также умные часы, что устранит необходимость в традиционных батареях. Они также надеются разработать Air-gens для сотовых телефонов, чтобы исключить периодическую зарядку.

Яо говорит: «Конечная цель — создание крупномасштабных систем.Например, эта технология может быть включена в краску для стен, которая может помочь в обеспечении электроэнергией вашего дома. Или мы можем разработать автономные генераторы с воздушным приводом, которые поставляют электроэнергию из сети. Я полностью ожидаю, что когда мы перейдем к промышленному производству проволоки, мы сможем создавать большие системы, которые внесут значительный вклад в устойчивое производство энергии ».

Продолжая развивать практические биологические возможности Geobacter, лаборатория Ловли недавно разработала новый штамм микробов для более быстрого и недорогого массового производства белковых нанопроволок.«Мы превратили E. coli в фабрику по производству белковых нанопроволок», — говорит он. «Благодаря этому новому масштабируемому процессу поставка белковых нанопроволок больше не будет узким местом для разработки этих приложений».

По их словам, открытие Air-gen отражает необычное междисциплинарное сотрудничество. Ловли обнаружил микроб Geobacter в иле реки Потомак более 30 лет назад. Позже его лаборатория обнаружила его способность производить электропроводящие белковые нанопроволоки. До прихода в Университет Массачусетса в Амхерсте Яо годами проработал в Гарвардском университете, где разрабатывал электронные устройства с кремниевыми нанопроводами.Они объединили свои усилия, чтобы посмотреть, можно ли создать полезные электронные устройства из белковых нанопроволок, собранных с Geobacter.

Лю Сяомэн, доктор философии. Студент в лаборатории Яо, занимался разработкой сенсорных устройств, когда заметил что-то неожиданное. Он вспоминает: «Я видел, что, когда нанопроволоки контактировали с электродами определенным образом, устройства генерировали ток. Я обнаружил, что воздействие атмосферной влажности было существенным и что белковые нанопроволоки адсорбировали воду, создавая градиент напряжения на устройстве.«

Помимо Air-gen, лаборатория Яо разработала несколько других приложений с белковыми нанопроводами. «Это только начало новой эры электронных устройств на основе белков», — сказал Яо.

Исследование было частично поддержано посевным фондом через Управление коммерциализации технологий и венчурного капитала Университета Массачусетса Амхерст и фондами развития исследований Колледжа естественных наук университетского городка.

может генерировать электричество из воздуха с использованием бактериального белка, говорится в исследовании

По словам исследователей из Массачусетского университета (UMass) в Амхерсте в США, Air-gen соединяет электроды с крошечными протеиновыми проводами таким образом, что генерирует электрический ток из водяного пара, естественным образом присутствующего в атмосфере.

«Мы буквально производим электричество из воздуха. Air-gen вырабатывает чистую энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю», — сказал Цзюнь Яо, соавтор исследования из Университета Массачусетса в Амхерсте.

Они добавили, что он может генерировать электроэнергию даже в районах с чрезвычайно низкой влажностью, таких как пустыня Сахара.

По словам Дерека Лавли, другого соавтора исследования из Университета Массачусетса в Амхерсте, устройство имеет значительные преимущества по сравнению с другими видами возобновляемой энергии, включая солнечную и ветровую, поскольку «оно работает даже в помещениях.»

Air-gen требует только тонкой пленки из крошечных белковых проволок толщиной менее 10 микрометров, которые поглощают водяной пар из атмосферы, говорят ученые.

Нижняя часть пленки, добавили они, опирается на электрод, в то время как электрод меньшего размера, который покрывает только часть пленки белковой проволоки, находится сверху.

Обладая особыми химическими особенностями поверхности и способностью проводить электричество, эти крошечные белковые проволочки и мелкие поры между ними создают условия, благоприятные для генерации электрического тока между двумя электродами, говорится в исследовании.

Ученые надеются расширить масштабы этой технологии для питания малой электроники.

«Конечной целью является создание крупномасштабных систем. Например, технология может быть включена в краску для стен, которая может помочь в обеспечении электропитания вашего дома. Или мы можем разработать автономные генераторы с пневматическим приводом, которые поставляют электричество из сети. , «Сказал Яо.

«Когда мы перейдем к промышленному производству проволоки, я полностью ожидаю, что мы сможем создать большие системы, которые внесут значительный вклад в устойчивое производство энергии», — добавил он.

Ученые недавно разработали новый штамм микробов для более быстрого и недорогого массового производства белковых проводов.

«Мы превратили E. coli в фабрику по производству белковых нанопроволок. Благодаря этому новому масштабируемому процессу поставка белковых нанопроволок больше не будет узким местом для разработки этих приложений», — сказал Лавли.

Загрузите приложение The Economic Times News, чтобы получать ежедневные обновления рынка и новости бизнеса в реальном времени.

Технология вырабатывает электричество из влаги в воздухе

Фото: UMass Amherst / Yao and Lovley labs

Исследователи из Американского университета Массачусетса в Амхерсте изобрели устройство Air-gen (генератор с воздушным приводом), которое использует природный белок для создания электричества из влажности воздуха. По их мнению, эта технология может иметь интересные последствия для будущего возобновляемой энергии, изменения климата и будущего медицины.

Air-gen состоит из пленки толщиной всего в десять микрон, состоящей из белковых нанопроволок, извлеченных из бактерии Geobacter sulfurereducens. В этом фильме удается вырабатывать электричество из того, что содержится в атмосфере, что продемонстрировано работой микробиолога Дерека Ловли и исследователя Джун Яо, опубликованной в журнале Nature. « Мы буквально производим электричество из воздуха. Air-gen вырабатывает чистую энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. — это самое удивительное и захватывающее применение белковых нанопроволок», — объясняет Цзюнь Яо.

Белки, проводящие электричество

Производить электричество «из воздуха»? Это может показаться невероятным, но в статье описывается, как Air-gen создает энергию, используя только воздух вокруг себя.

Вот как это работает: белки в нанопроволоках электропроводны. Пленка, состоящая из нанопроволок, помещается между двумя электродами и экспонируется на воздухе. Поры пленки поглощают водяной пар, содержащийся в атмосфере. Создается градиент влажности, который вызывает ионизацию пленки: положительные заряды движутся в одном направлении, а электроны — в другом.

Это электричество не загрязняет окружающую среду и может производиться с низкими затратами с использованием электродов из инертного угля. Air-gen не нуждается в солнечном свете или ветре, в отличие от солнечной и ветровой энергии. Он также работает в помещении и может производить электричество даже в местах с очень низкой влажностью, например в пустынях.

Следующим шагом исследователей является разработка патча Air-gen, способного питать электронные устройства, такие как мониторы состояния здоровья, умные часы и сотовые телефоны, что позволит отказаться от батарей и периодической зарядки.

Произведенная в промышленных масштабах, эта технология может быть даже встроена в стены домов для снабжения их электричеством.

ИСТОЧНИК:

«Это устройство генерирует электричество из пара в воздухе», Intelligent Living, 7 декабря 2020 г. — www.intelligentliving.co/device-generates-electricity-from-vapor-in-air

Как производится электричество | Endesa

А ветер? Откуда это взялось?

Возможно, мы никогда об этом не думали.Солнце оказывает на наш мир ряд эффектов, и одно из них — ветер. Между от 1% до 2% солнечной радиации , поглощаемой планетой, в конечном итоге превращается в ветер. Это связано с тем, что земная кора передает в воздух большее количество солнечной энергии, заставляя его нагреваться, становиться менее объемным и расширяться. В то же время самый холодный и тяжелый воздух, исходящий из морей, рек и океанов, приходит в движение, чтобы занять место, оставленное теплым воздухом. Эти колебания создают движущийся воздух, а ветер — не что иное, как движущийся воздух.

Каждая масса воздуха, которая перемещается из областей с высоким атмосферным давлением в области с более низким давлением со скоростью, пропорциональной разнице давления между обеими областями (чем больше разница, тем сильнее дует ветер), считается ветром.

Солнечная энергия исходит от солнечного света и тепла. Чтобы преобразовать их в энергию, необходимы листы полупроводникового металла: фотоэлементов .

Эти элементы покрыты прозрачным стеклом, которое пропускает излучение и минимизирует потери тепла, и имеют один или несколько слоев полупроводникового материала. Благодаря этим элементам они могут управлять всей солнечной энергией.

Все чаще можно увидеть солнечные батареи на крышах домов и построек. Эти панели полностью сформированы этими фотоэлектрическими элементами.

Говорят, что установка дорогая, но данные показывают, что покупка окупается , с экономией около 30% потребления, что в долгосрочной перспективе (25 лет) означает оплату от 20000 евро до евро. На 30 000 меньше, что делает его очень ценным в среднесрочной и долгосрочной перспективе.Еще одним преимуществом является то, что они не требуют особого ухода.

А как работает солнечная панель?

В основном через солнечные лучи. Они состоят из фотонов , которые достигают фотоэлектрических элементов пластины, создавая электрическое поле между ними и, таким образом, электрическую цепь. Чем ярче свет, тем больше ток электричества.

Фотоэлементы отвечают за преобразование солнечного света в электричество в форме постоянного тока с градуировкой от 380 до 800 вольт.Полученный результат можно улучшить с помощью инвертора, который отвечает за преобразование этой энергии в переменный ток , который мы используем в наших домах.

Наконец, этот переменный ток проходит через счетчик, который измеряет его и подает в общую электрическую сеть.

Климатическое решение: использование углекислого газа для производства электроэнергии

Мир быстро осознает, что, возможно, потребуется активно выводить углекислый газ из атмосферы, чтобы предотвратить пагубные последствия изменения климата.Ученые и инженеры предлагали различные методы, но большинство из них было бы чрезвычайно дорогостоящим — без какого-либо дохода. Никто не хочет платить по счетам.

Один метод, изученный в последнее десятилетие, теперь может быть на шаг ближе к практическому применению в результате нового исследования компьютерного моделирования. Процесс будет включать закачку переносимого по воздуху CO ₂ в гидраты метана — большие залежи ледяной воды и метана прямо под морским дном, под водой на глубине от 500 до 1000 метров — где газ будет постоянно храниться или улавливаться.Поступающий CO ₂ будет выталкивать метан, который будет выводиться на поверхность по трубопроводу и сжигаться для выработки электроэнергии, для питания операции по улавливанию или для получения дохода для оплаты этого.

Многие месторождения гидрата метана существуют вдоль побережья Мексиканского залива и других береговых линий. Крупные электростанции и промышленные объекты, которые выбрасывают CO ₂ , также расположены вдоль побережья Мексиканского залива, поэтому одним из вариантов может быть улавливание газа непосредственно из ближайших дымовых труб, с самого начала не допуская его попадания в атмосферу.А сами заводы и промышленность могли бы обеспечить готовый рынок для вырабатываемой электроэнергии.

Гидрат метана — это отложение замороженных решетчатых молекул воды. Рыхлая сеть имеет множество пустых пор размером с молекулу, или «клеток», которые могут улавливать молекулы метана, поднимающиеся через трещины в скале внизу. Компьютерное моделирование показывает, что выталкивание метана с помощью CO ₂ значительно улучшается, если также закачивается высокая концентрация азота, и что замена газа представляет собой двухэтапный процесс.(Азот легко доступен где угодно, потому что он составляет 78 процентов земной атмосферы.) За один шаг азот попадает в клетки; это дестабилизирует захваченный метан, который выходит из клеток. На отдельном этапе азот помогает CO ₂ кристаллизоваться в пустых клетках. Нарушенная система «пытается достичь нового равновесия; баланс идет на большее количество CO ₂ и меньше метана », — говорит Крис Дарнелл, возглавлявший исследование, опубликованное 27 июня в журнале Water Resources Research .Дарнелл недавно присоединился к компании Novi Labs, производящей программное обеспечение для нефтяной инженерии, в качестве специалиста по данным после получения степени доктора философии. по геофизическим наукам Техасского университета, где проводилось исследование.

Группа лабораторий, университетов и компаний опробовала этот метод в рамках ограниченного технико-экономического обоснования в 2012 году на Северном склоне Аляски, где гидраты метана образуются в песчанике под глубокой вечной мерзлотой. Они направили CO ₂ и азот по трубе в гидрат. Некоторое количество CO ₂ в конечном итоге было сохранено, а некоторое количество метана было выпущено в ту же трубу.Это все, что предполагалось в эксперименте. «Хорошо, что Крис [Дарнелл] смог добиться прогресса» на основе этого опыта, — говорит Рэй Босуэлл из Национальной лаборатории энергетических технологий Министерства энергетики США, который был одним из руководителей экспериментов на Аляске, но не участвовал в новом исследовании. Новое моделирование также показало, что замена CO ₂ на метан, вероятно, будет гораздо более обширной и произойдет быстрее, если CO ₂ поступит на одном конце залежи гидрата, а метан будет собираться на другом конце.

Методика в чем-то похожа на концепцию, исследованную в начале 2010-х Стивеном Брайантом и другими в Техасском университете. В дополнение к многочисленным месторождениям гидрата метана, на побережье Мексиканского залива есть большие бассейны с горячим соленым рассолом в осадочных породах под береговой линией. В этой системе насосы будут направлять CO ₂ вниз в один конец залежи, что приведет к вытеснению рассола в трубу, расположенную на другом конце и ведущую обратно на поверхность. Здесь горячий рассол будет проходить через теплообменник, где тепло может извлекаться и использоваться для промышленных процессов или для выработки электроэнергии.Рассол апвеллинга также содержит некоторое количество метана, который может быть откачан и сожжен. CO ₂ растворяется в подземном рассоле, становится плотным и опускается ниже под землю, где теоретически остается.

Обе системы сталкиваются с большими практическими проблемами. Один создает концентрированный поток CO ₂ ; газ составляет только 0,04 процента воздуха и примерно 10 процентов выбросов дымовых труб типичной электростанции или промышленного объекта. Если для эффективной системы гидрата метана или рассола требуется ввод, который составляет 90% CO ₂ , например, для концентрирования газа потребуется огромное количество энергии, что делает процесс очень дорогостоящим.«Но если вам нужна только 50-процентная концентрация, это может быть более привлекательно», — говорит Брайант, который сейчас является профессором химической и нефтяной инженерии в Университете Калгари. «Вы должны снизить затраты на улавливание [CO ₂ ]».

Еще одна серьезная проблема для метода гидрата метана — как собрать освобожденный метан, который мог бы просто просачиваться из месторождения через многочисленные трещины и во всех направлениях. «Какую конструкцию колодца [и трубы] вы бы использовали, чтобы ее захватить?» — спрашивает Брайант.

Учитывая эти реалии, сегодня мало экономических стимулов для использования гидратов метана для связывания CO ₂ . Но по мере роста концентрации в атмосфере и дальнейшего нагревания планеты системы, которые могут улавливать газ, а также обеспечивать энергию или доход для запуска процесса, могут стать более жизнеспособными, чем методы, которые просто извлекают CO ₂ из воздуха и блокируют его, ничего не предлагая взамен.

Воздух вокруг нас содержит энергию. Исследователи придумали, как его запечатлеть.

Атмосфера Земли заполнена водой, которая иногда принимает форму тумана, облаков или водяного пара. Вода также содержит энергию. Самый очевидный и яркий пример этой энергии — молния. Новое исследование показало, что мы можем улавливать эту энергию для производства электричества, и это развитие может навсегда изменить сцену возобновляемой энергетики.

Как это часто бывает в науке, новый прорыв произошел случайно. Ученые из Массачусетского университета в Амхерсте работали над использованием белковых нанопроволок в качестве датчиков, которые можно было бы вставить в носимые электронные устройства.Чего они не ожидали, так это того, что датчики сработают еще до того, как к ним подадут ток.

Эти белковые нанопроволоки устойчиво создаются с использованием микроорганизмов, и их толщина составляет менее 10 микрон. Эти исследователи обнаружили, что, помещая нанопроволоки между электродами, они могут генерировать заряд. Они называют это устройство «Air-gen». Исследование было только что опубликовано в журнале Nature .

Дерек Ловли, микробиолог из Массачусетского университета в Амхерсте и один из авторов исследования, сообщает Inverse , что вода из-за влажности воздуха высвобождает свой заряд, поскольку он поглощается слоем проводов.

«Мы просто поместили очень тонкий слой этих проводов на электрод, затем положили сверху электрод меньшего размера, и эта пленка из белковых нанопроволок поглощает влагу из атмосферы … Вода удерживает заряд, который высвобождается при поглощении воды. , — говорит Ловли. «Вот как мы получаем электрический ток».

Пока они сделали очень маленькое устройство, которое может питать что-то вроде светодиодной лампы, но Ловли говорит, что устройство масштабируемое, тем более что недавно они сделали еще один прорыв.

«У нас было это узкое место — я просто не мог производить очень много проводов», — говорит Ловли. «Недавно мы сконструировали новый микроб, который позволяет очень легко производить большое количество проводов. Теперь, когда мы решили эту микробиологическую проблему, мы можем сделать множество проводов для изготовления более крупных устройств».

Ловли говорит, что ему удалось создать штамм кишечной палочки, который позволяет ему гораздо легче производить провода. Он говорит, что это устройство, вероятно, можно было бы масштабировать до такой степени, чтобы вы могли производить столько энергии, сколько вам нужно, с их достаточным количеством.Разница между таким устройством и солнечной панелью заключается в том, что солнечная панель является двухмерной, то есть ее можно увеличить только путем добавления дополнительных панелей в массив, но это устройство можно масштабировать в трех измерениях. Работает ночью и может работать даже внутри.

«Air-gen — это 3D-технология, потому что вы можете ставить устройства друг на друга», — говорит Ловли. «Он работает 24/7. Ему не нужно солнце. Ему также не нужен ветер. Он может работать в помещении».

Ловли говорит, что устройство работает практически в любой среде, независимо от ее влажности.Он говорит, что это может сработать даже в пустыне Сахара. Его можно применять к электронным устройствам меньшего размера, таким как ваш телефон, чтобы предотвратить потерю заряда, или применять в больших масштабах для питания домов людей и т. Д. Ловли говорит, что производить эти устройства также недорого.

См. Также: Антисолнечные панели, которые могут генерировать электроэнергию в ночное время, могут быть готовы к 2021 году

Подобное устройство, которое может производить электроэнергию ночью, без ветра и даже внутри здания, может изменить правила игры в возобновляемых источниках энергии сцена.Технология новая, но Ловли уверен, что ее можно быстро разработать, теперь, когда им удалось увеличить количество производимых нанопроволок.

«Теперь у нас есть фабрика по производству штаммов микробов для производства проволоки», — говорит Ловли. «Это действительно ускорит весь процесс».

Реферат: Получение энергии из окружающей среды открывает перспективы получения чистой энергии для автономных систем. Известные технологии, такие как солнечные элементы, термоэлектрические устройства и механические генераторы, предъявляют особые экологические требования, которые ограничивают области их применения и ограничивают их потенциал для непрерывного производства энергии.Повсеместная влажность воздуха предлагает альтернативу. Однако существующие технологии сбора энергии на основе влаги могут производить только прерывистые, короткие (менее 50 секунд) всплески энергии в окружающей среде из-за отсутствия устойчивого механизма преобразования. Здесь мы показываем, что тонкопленочные устройства, изготовленные из белковых проволок нанометрового размера, собранных у микроба Geobacter Surreducens , могут непрерывно генерировать электроэнергию в окружающей среде. Устройства вырабатывают постоянное напряжение около 0.5 вольт на пленке толщиной 7 микрометров с плотностью тока около 17 микроампер на квадратный сантиметр. Мы считаем, что движущей силой этого генерирования энергии является самоподдерживающийся градиент влажности, который образуется внутри пленки, когда пленка подвергается воздействию влажности, которая естественным образом присутствует в воздухе.

No related posts.