Может ли испарение стать важным источником возобновляемой энергии?

Одним из недостатков ветровой и солнечной энергии является ее непостоянство, что приводит к необходимости хранения энергии. В интервью Yale Environment 360 биофизик Озгур Шахин объясняет, как испарение из озер и водохранилищ можно превратить в стабильный источник возобновляемой энергии.

Автор Дайан Туми • 28 сентября 2017 г.

В 2015 году биофизик Озгур Шахин нашел способ превратить процесс испарения в возобновляемый источник энергии, создав устройства, которые зажигают светодиоды и электрифицируют игрушечную машинку — и все это приводится в действие изменениями уровня влажности в воздухе. Теперь Шахин и его коллеги из Колумбийского университета опубликовали в журнале Nature Communications новую статью, в которой говорится, что испарение с озер и водохранилищ США теоретически может обеспечить почти 70 процентов потребностей страны в электроэнергии.

Озгур Шахин

Технология, которая использует водопоглощающие споры почвенной бактерии B. subtilis для выработки энергии, все еще находится на ранних стадиях разработки. Но Шахин, доцент кафедры биологических наук и физики в Колумбийском университете и лауреат Премии молодого исследователя 2016 года от Управления военно-морских исследований, говорит, что у него есть важные преимущества перед другими формами возобновляемой энергии. «Ветер и солнечная энергия являются непостоянными источниками энергии», - сказал он. «В случае испарения вы не сильно колеблетесь. Вы можете ожидать очень значительного испарения даже ночью».

В интервью Yale Environment 360 Сахин рассказывает о том, как работает этот новый вид производства электроэнергии, его ограничениях и необходимости широкого научного сотрудничества, чтобы проверить, может ли эта технология стать значительным источником энергии в США и во всем мире.

Йельская среда 360: В работе, опубликованной в 2015 году, вы с коллегами изобрели пару машин, которые использовали процесс испарения для генерации механической силы. Вы сделали это, используя безвредные бактериальные споры, которые расширяются и сжимаются в ответ на изменения влажности. Одно из устройств вы называете «испарительным двигателем». Опишите, как работает эта конкретная машина.

Шахин: Двигатель испарения имеет пластиковые полоски, покрытые спорами. Споры расширяются и сжимаются в ответ на изменения влажности, и делают это с большой силой. И когда это происходит, эти полоски в ответ удлиняются и укорачиваются. По сути, они работают как мышцы, которые затем можно преобразовать в электрическую энергию.

Сама влажность в окружающей среде обычно не меняется так быстро — она меняется ежедневно, — но когда у вас есть открытая поверхность воды, происходит испарение, и вы можете использовать это с помощью устройства. Мы делаем это следующим образом: кладем полосы под ставни. Когда они открываются, они могут пропускать влагу, а когда эти ставни закрыты, они блокируют влагу. Вы можете подключить это [устройство] к генератору или чему-то, что преобразует движение и механическую энергию в электричество, и таким образом вы сможете генерировать электричество. Это общая концепция нашего устройства.

е360: Вторая машина, которую вы изобрели, называется «влажная мельница». С его помощью можно было привести в движение игрушечную машинку. Он похож на колесо и работает по тому же принципу. Расскажи мне немного об этом.

Шахин: Это второе устройство по сути состоит из пластикового круга и покрытых спорами пластиковых полосок, расположенных вокруг круга. Мы вставляем круг в камеру наполовину, а внутри камеры влажно, потому что стены камеры покрыты мокрой бумагой, и эта влажность заставляет споры на этой половине круга расширяться. А снаружи, оставшаяся половина круга, воздух сухой, поэтому полоски на этой стороне немного более вьющиеся, потому что споры находятся в свернутом состоянии.

Когда это происходит, центр тяжести круга немного смещается от оси вращения круга. [Последующее] вращение переносит споры, находившиеся во влажной половине, во влажную область, а некоторые влажные споры, находящиеся во влажной части, забирают в сухую часть. Он продолжает вращаться, пока бумага внутри камеры мокрая. Собираем из деталей Лего простую, похожую на игрушку систему, которая начинает кататься по поверхности. Это не самая быстрая машина, но, вероятно, первая, которая работает без воды.