Apabila Ozgur Sahin dan rakan-rakannya di Columbia University mula bercakap tentang penjana penyejatan sebagai sumber tenaga boleh diperbaharui, mata kita diserang. Bolehkah Amerika Syarikat benar-benar, seperti yang mereka katakan dalam Nature Communications, mendapatkan 69 peratus (kira-kira 325 gigawatt) keperluan tenaga daripada air yang menguap dari takungan, tasik dan sungai kita?
Jawapan pendek tidak. Nombor Sahin didasarkan pada ekstrapolasi kajian skala kecil mesin yang diciptanya yang menjana kuasa melalui penyejatan. Ini kecil, rata, "enjin penyejatan" duduk di permukaan badan air dan menggunakan variasi kelembapan untuk membuka dan menutup lubang, yang boleh menjalankan penjana. Untuk mendapatkan nombor itu, Sahin mengalikan kuasa yang diperolehnya daripada peranti ini dengan jumlah kawasan tasik, sungai dan takungan di Amerika Syarikat. Tetapi sudah tentu, kita tidak akan melindungi setiap tasik dan sungai. Kita-dan ekosistem semulajadi-memerlukan mereka untuk perkara lain.
Tetapi itu tidak bermakna kita tidak boleh memanfaatkan teknologi ini, dan menggunakannya pada skala yang lebih kecil, sebagai sumber tenaga boleh diperbaharui. Bagaimana rupa itu kelihatan? Apa yang kita tunggu lagi? Berikut adalah lima soalan yang anda mungkin ada mengenai kuasa penyejatan, jawab.
Anda boleh mendapatkan tenaga daripada penyejatan? Bagaimana ia berfungsi?
Burung mainan mainan guru fizik sekolah tinggi anda di atas meja adalah bukti yang anda boleh. Sebuah badan air menyerap panas dari matahari-sekitar separuh daripada semua tenaga matahari akan digunakan dengan cara ini-dan secara beransur-ansur memberikan wap ke udara. Penyerapan yang paling mudah bagi enjin penyejatan ditutup dengan jalur pita, yang sendiri ditutup dengan spora bakteria. Sebagai wap air mengumpul di bawah jalur pita, bakteria menyerapnya dan memanjang. Ini menyebabkan pita itu berfungsi dengan lentur, serentak membuka lubang ke udara dan menolak tuil, yang boleh ditukar daripada tenaga mekanikal kepada elektrik. Buang melepaskan wap, spora kering, dan hanya dalam beberapa saat, pita memampatkan, bolong ditutup, dan kitaran bermula semula.
Makalah Sahin yang diterbitkan tahun ini merujuk bukan hanya teknologi penangkapan tenaga sendiri, tetapi apa-apa jenis penuai penyejatan. Dalam kes enjin Sahin, yang dia dan rakannya diterbitkan di Nature Communications pada tahun 2015, ia berfungsi melalui pengembangan dan penguncupan spora bakteria. Tidak seperti turbin, yang bergantung kepada haba untuk memacu enjin, "otot" diperbuat daripada spora berkembang dan kontrak berdasarkan kelembapan-apabila kelembapan naik, spora berkembang, memanjangkan jalur bahan seperti pita yang dilekatkan, dan membuka sejenis bolong. Sekarang vented, kelembapan menurun, kontrak spora, bolong menutup, dan kitaran semula. Apabila ini berlaku, gerakan jalur menolak roda kecil, dan putaran memacu penjana.
Enjin penyejatan duduk di permukaan air (biru) di sini. Apabila air di permukaan di bawah menguap, ia memacu gerakan belakang dan belakang seperti piston, yang menghasilkan elektrik jika disambungkan kepada penjana. (Xi Chen) Bolehkah ini menggantikan sumber tenaga solar atau lain-lain yang boleh diperbaharui?
Sama seperti solar, angin, hidro, dan hampir segalanya, tenaga penyejatan berasal dari matahari. Kuasa suria adalah unik kerana ia diperoleh secara langsung, kata Axel Kleidon, seorang saintis sistem bumi di Institut Max Planck yang menjadi penyelidik kertas Komunikasi Alam terkini. Semua yang lain mempunyai beberapa proses perantara yang mengurangkan kecekapan. Pada kadar harga suria jatuh, tidak mungkin kuasa penyejatan akan menjadi kos efektif berbanding panel solar.
Kleidon mengkaji penukaran tenaga proses semulajadi secara besar-besaran. Sebagai contoh, katanya, kuasa angin bergantung pada cahaya matahari yang telah diubah menjadi panas, dan kemudian angin, oleh atmosfera, setiap kali mengakibatkan kerugian yang tidak dapat dilihat dalam tenaga suria. Tambahan pula, lebih banyak turbin angin yang anda pasangkan, tenaga yang kurang di atmosfer untuk setiap turbin mengeluarkannya. Perkara yang sama akan berlaku untuk tenaga penyejatan.
Amerika Selatan dan barat mempunyai kapasiti terbesar untuk menghasilkan kuasa yang dihasilkan oleh tasik dan takungan. (Ahmet-Hamdi Cavusoglu) Sekiranya ia tidak akan mengurangkan keperluan sumber-sumber tenaga lain, maka apa yang dapat kita peroleh daripadanya?
Tidak ada jawapan kepada keperluan tenaga manusia. Walaupun kita tidak menghasilkan 70 peratus tenaga kita dengan cara ini, ia masih boleh menyumbang. Peratusan kecil jumlah watt yang dikira mereka masih akan memberi kesan kepada industri tenaga boleh diperbaharui. Kuasa angin, sekarang, menyumbang puluhan gigawatt, dan solar bahkan kurang, jadi walaupun peratusan kecil dari jumlah tenaga penyejatan yang tersedia akan membuat penyok yang besar.
Tetapi ada manfaat di luar kuasa juga. Semasa anda menuai tenaga, kadar penyejatan perlahan. Terutama di Amerika Barat, di mana persekitarannya kering dan sumber air adalah terhad, meliputi takungan boleh membantu mengurangkan penyejatan keseluruhan, meninggalkan lebih banyak air untuk pengairan dan penggunaan manusia.
Tambahan pula, tenaga jenis ini dapat menangani salah satu cabaran semasa yang boleh diperbaharui, iaitu penyimpanan tenaga. Penyejatan berlaku bukan sahaja pada siang hari, tetapi juga pada waktu malam, apabila terkumpul kehangatan dari matahari hari menggerakkan wap ke udara malam yang lebih sejuk. Suria, dan pada tahap yang lebih rendah, kuasa angin mati pada waktu malam, iaitu ketika kita memerlukan tenaga yang paling banyak. Tenaga penyejatan boleh melengkapkan penyelesaian atas permintaan yang lain untuk masalah ini, seperti bateri lithium ion, bateri biru atau kuasa geoterma.
Apakah kesan sampingan yang ada untuk tasik, sungai dan ekosistem?
Ini bukan sesuatu yang ditangani dalam penyelidikan Sahin. Kumpulannya berlari nombor, dan dia mengatakan konteksnya adalah untuk orang lain untuk mengurai apabila teknologi semakin berkembang. Penilaian alam sekitar perlu dilakukan berdasarkan lokasi berdasarkan lokasi. Dalam beberapa kes, itu bermakna mempelajari hidupan liar yang hidup di dalam dan di sekeliling badan air. Di lain-lain, penggunaan rekreasi, perindustrian atau pengangkutan air mesti ditangani.
Malah penyejatan itu sendiri boleh memberi kesan kepada kelembapan kawasan sekitarnya. Secara besar-besaran, menunjukkan Sahin, kelembapan atmosfera dikuasai oleh lautan. Tetapi poket kecil udara kering, di mana penyejatan sedang diperlahankan oleh teknologi ini, boleh memberi kesan kecil ke atas tumbuh-tumbuhan atau pertanian di sana. Dan ia boleh memberi kesan yang ketara ke atas suhu air yang ia tutupi. Tetapi ia bergantung kepada berapa peratus setiap badan air dilindungi.
Apakah halangan yang masih dalam cara melaksanakan teknologi ini?
Jadikannya lebih cekap. Skala itu. Adakah penilaian ekologi. Kami berada di peringkat awal proses utama. Walaupun ia munasabah untuk berfikir teknologi akan menjadi lebih baik, hanya dengan mengulangi blok peranti yang dicadangkan, ia hanya dikaji pada skala kecil-penyelidikan pada tahun 2015 memaparkan enjin berputar tunggal. Mungkin ada lagi peluang untuk meningkatkan kecekapan, seperti mengoptimumkan bahan dan mengurangkan kos pengeluaran, atau menggabungkan sistem menjadi enjin yang lebih besar. Dan kajian alam sekitar perlu menilai kesan ke atas ekosistem di mana ia boleh digunakan.
