Share to Facebook 
Share to Twitter 
Share to Linkedin 
PGT SocialWeb - Copyright © 2010 by pagit.eu

Nove tehnologije

E-mail
Autor Leo Jerki?   
ÄŚetvrtak, 09 Lipanj 2011 20:52

Scientific American je na svojoj web stranici na interaktivni na?in predstavio sedam radikalnih energetskih rješenja koja se istražuju, a ?ija je implementacija zasada još neizvjesna, ali bi mogle riješiti problem energetske efikasnosti, i problem opskrbe elektri?nom energijom. Izme?u sedam tehnologija nalaze se i dvije koje koriste sun?evu energiju.

U nastavku ?emo napraviti pregled svih sedam potencijalnih tehnologija.

1.) ?iš?i ugljen

Ugljen je najjeftiniji ali i najizdašniji izvor energije u svijetu, te je ujedno i izvor energije sa najve?im udjelom CO2. Inženjeri su uspjeli smisliti razli?ite na?ine da smanje koli?inu CO2 koji biva ispušten u atmosferu, ali te metode uništavaju i oko 30% proizvedene energije tako da time cijena elektri?ne energije koja izlazi iz termoelektrane na ugljen ska?e na duplo, pa su rješenja gdje se koristi "?isti ugljen" još uvijek rijetka. Ipak, mnoge agencije rade na tome da smanje taj postotak.

Energetski centar Sveu?ilišta Notre Dame koristi novi materijal koji zovu ionska teku?ina, a koja je zapravo vrsta soli. Glavna prednost tog materijala je da izvla?i duplo više CO2 od drugih tehnologija, te u tom procesu ta sol prelazi iz ?vrstog u teku?e stanje, ?ime se osloba?a energija koja se može ponovno iskoristiti za va?enje CO2 iz teku?ine kako bi ga se moglo riješiti. Taj novi na?in smanjuje parazitsku energiju na 22-23%, a cilj istraživanja je smanjiti to na nekih 15%. Ipak postoje i problemi, prvi je da su to novi materijali i da još nisu bili izvan laboratorija pa se nezna da li ?e ikada mo?i biti korišteni na nivou jedne elektrane. Drugi problem je što napraviti sa CO2 kada ga izvu?emo iz te teku?ine, da li ga probati uštrcati u podzemlje u porozne stijene, ili ga možda povezati sa silikatima kako bi postao inertan. Naravno, zadnji a i najve?i problem je ?injenica da je korištenje ugljena u energetske svrhe ipak ne?ista tehnologija te da uvijek postoje problemi sa toksi?nim pepom i sa iskopavanjem ugljena.

2.) Auti sa motorom na principu udarnih valova

Automobili sa plinskim turbinama mogu i?i pet puta više od hibrida koji koriste ventile. Motori sa ventilima pogone automobile i kamione više od jednog stolje?a, a i današnji hibridni automobili koriste male motore s ventilima da poja?aju snagu.

Sveu?ilište Michigan razvija potpuno druga?iji dizajn, koji se zove motor na udarne valove koji eliminira ventile. Ovaj kompaktni motor je veli?ine kuhala i treba puno manje opreme od motora na ventili, te zahvaljuju?i tome ima puno manju masu i ve?u efikasnost korištenja goriva, te bi s istom koli?inom goriva mogli prelaziti pet puta ve?e udaljenosti, s manjim ispuštanjem CO2, a i cijena proizvodnje bi bila 30% manja.

Tim prof. Müllera koji razvija taj motor planira napraviti prototip snage 25 kW, koji bi imao efikasnost od 30ak posto - što je ispod dieselovih motora koji imaju 45%, ali o?ekuje se da bi uz poboljšanja efikasnost mogla do?i i do 65%.

U ovakvom dizajnu motora, proces stvaranja energije se odvija unutar turbine koja se vrti. U principu izgleda kao horizontalni rotor, sa mnogo zakrivljenih lopatica i ku?ištem na vanjskom rubu. Topli zrak pod pritiskom zajedno sa gorivom ulaze u prostor izme?u lopatica iz središnje osovine. Kada takva smjesa pod velikim tlakom bude zapaljena, gore?i plinovi se prošire na tom mjestu te nastaje udarni val koji kompresira zrak svugdje, te se on u to?no odre?enom trenutku ispušta kroz ku?ište. Sila plinova pod pritiskom vrte loptacije odnosno cijeli rotor koji onda zavrti radilicu.

Ovaj princip se razvija još od 1906., ali do sada je bilo prakti?ko nemogu?e prora?unati kako ?e reagirati tok plinova, te je upitno da li i današnji kompjuterski modeli to mogu napraviti. Müller je ipak optimisti?an i tvrdi da se uz dovoljno vremena, truda i mašte uz pomo? novca može do?i do rezultata.


3.) Toplinski motori

Slitine koje pamte oblik bi mogle proizvoditi dodatnu energiju za aute, mašineriju i ostale ure?aje.

U SAD-u otprilike 60% energije propadne kao višak toplinske energije iz automobila i elektrana. Znanstvenici u General Motorsu pokušavaju uhvatiti tu energiju preko egzoti?nih materijala koji se zovu slitine koje pamte oblik, a koje mogu iz toplinske energije napraviti mehani?ku energiju koja pak onda proizvodi elektri?nu energiju. Cilj tima kojeg predvodi Alan Browne je reciklirati toplinu iz ispušnog sustava auta i tu energiju iskoristiti za klimu ili radio.

Browne planira ubirati toplinu pomo?u pojasa od tankih, paralelnih niti slitine nikal-titanija koji „pamti“ odre?eni oblik. Sve slitine koje pamte oblik imaju dva osnovna stanja: u ovom slu?aju je jedno kruto „osnovno stanje“ na višim temepraturama i jedno savitljivo stanje na nižim temperaturama. U GM-ovom dizajnu pojas je raširen preko tri koluta koji ?ine kuteve trokuta. Jedan kut pojasa bi bio blizu toplog ispušnog sustava a drugi bi bio na suportnoj strani gdje je hladnije. Skupljaju?i se u kutu s višom temperaturom i proširiju?i se na suprotnom kutu gdje je hladnije, pojas bi vukao samog sebe oko om?e, te tako vrtio kolute. Koluti bi pak pokrenuli osovinu koja bi pokrenla generatora. S ve?om razlikom u temperaturi bi se om?a brže vrtila i stvaralo bi se više energije.

GM-ov prototip od 10 grama proizvodi minimalna 2 vata, ali Browne tvrdi da bi se tehnologija mogla komercijalizirati u roku deset godina. Ipak, postoje tu razni problemi - slitina koja pamti oblik je lako lomljiva, žice je teško spojiti u pojas, a hla?enje sa zrakom je isto problemati?no.

4.) Magnetske klime

Neobi?ne slitine hlade sobu i hranu. Današnje klime, hladnjaci i zamrziva?i nam omogu?uju da sve bude hladno, ali pri tome zna?ajno troše elektri?nu energiju - u SAD-u primjerice otprilike tre?inu sve energije potrošene u domovima.
Radikalno druga?ija tehnolgija koja koristi magnete bi to mogla promijeniti. Ve?ina današnjih komercijalnih ure?aja za hla?enje kompresiraju i dekompresiraju plin ili teku?inu kroz ponavljaju?i ciklus. Ve?ina njih je i do 1.000 puta štetnija za atmosferu od CO2.

Istraživa?i u Astronautskoj korporaciji Amerike iz Milwaukeeja razvijaju hla?enje na osnovi magneta koji eliminiraju kompresore. Svi magnetski materijali se donekle zagriju kada su izloženi magnestkom polju, odnosno ohlade kad su izvan njega (tzv. magnetokalori?ni efekt). Taj fenomen je otkriven još 1881., ali nije korišten u komercijalne svrhe jer se mislilo da bi za maksimalni u?inak bili potrebni supravodljivi magneti. Ipak 1997. je otkrivena slitina gadolinija, silicija i germanija koja je pokazala ogroman magnetokalori?ni efekt na sobnoj temperaturi. Astronautika se od tada bavi time, te trenuta?no rade na klimi koja hladni ku?u ili stan od 1.000 metara kvadratnih. Mali disk ima porozne klinove koij su napravljeni od jedne slitine, te taj disk prolazi kroz rupu u stacionarnom permanentnom magnetu. Ta rupa koncentrira magnetsko polje i svakim prolaskom se disk tamo grije i onda hladi kako napreduje. Teku?ina unutar sustava se grije i hladi preko rotiraju?ih klinova, te ohla?ena teku?ina uzima toplinu iz sobe.

U standardnim hladnjacima kompresor radi ve?inu posla, a u magnetskim motor, s tim da su motori puno efikasniji od kompresora. Astronautika bi htjela imati prototip do 2013., koji bi uštedio 1/3 elektri?ne energije i ne bi proizvodio nikakve štetne plinove. Takav dizajn bi se mogao iskoristiti za hladnjake i zamrziva?e ali problem se javlja u toku vode, jer se sam disk vrti od 360 do 600 puta u minuti, a i magnet je napravljen od skupe slitine neodimija-željeza-borona.


5.) Fisija potaknuta fuzijom

Fizi?ari i inženjeri ve? jako dugo pokušavaju iskoristiti energiju fuzije, s tim da nije problem zapo?eti fuzijsku reakciju, to se ve? dugo može u hidrogenskim bombama, nego to u?initi efikasno tako da reakcija oslobodi više energije nego što je potrebno za njen po?etak, a to stanje se zove paljenje, koje bi na kraju moglo proizvoditi elektri?nu energiju.

Znanstvenici u  Državnom postrojenju za paljenje u Livermoreu, Kalifroniji, su smislili novi obrat, korištenje fuzije da potaknu fisiju, kojom se pogone nuklearne elektrane. Direktor Edward Moses tvrdi da bi proces mogao omogu?iti pojavu prototipova u roku 20 godina.

Prema njihovoj ideja, laserski pulsevi proizvodi fuzijske eksplozije u centru reaktorske komore, te se tako emitiraju neutroni koji dijele atome u uraniju ili sli?nom gorivu koje se nalazi na zidovima komore. Energija iz takvih fisijskih atoma bi pove?ala snagu komore za ?etiri puta.

Ako ve?ina energije dolazi iz fisije, zašto se ne držati koncepta dosadašnjih nuklearnih elektrana. Odgovor se nalazi u tome da neutroni iz fuzijskih eksplozije zapo?inju fisiju, tako da nije potrebno održavati lan?anu reakciju kao u normalnoj nuklearnoj elektrani. Time se pove?ava koli?ina mogu?ih goriva, kao što bi bio potrošeni uranij ili neoboga?eni uranij. Tako bi se uvelike riješio problem radioaktivnog otpada iz nuklearnih elektrana, pošto bi ga bilo i do dvadeset puta manje a i koli?ina goriva koja se koristi bi bila puno manja.

Istraživa?i prou?avaju fuzijsko-fisijske procese gdje bi se umjesto lasera koristila magnetska fuzija koja zadržava fuzijske reakcije u jakim magnetskim poljima.

Problema kod ove tehnologije ima puno, od toga da bi se morali komercijalno proizvoditi mali peleti fuzijskih cijevi, paljenje goriva bi se moralo doga?ati 10 puta u sekundi, a danas se može samo par puta dnevno, te bi se morala smisliti nova smjesa goriva koja bi izdržala toliki napad topline i neutrona.

6.) Kvantne fotonaponske ?elije

Današnje fotonaponske ?elije imaju iskoristivost od samo 10 do 15%, a glavni razlog tome je da jedan sloj silicija koji upija sun?evu svjetlost ima teoretsku efikasnost od samo 31% (u laboratorijima su došli do maksimalno 26%). Nova istraživanja u poluvodi?kim kristalima ili kvantnim to?kama mogla bi poja?ati teoretski maksimum na preko 60%, ?ime bi se otvorio put za elektri?nu energiju po puno nižim cijenama.

U standardnoj ?eliji, nadolaze?i fotoni osloba?aju elektrone iz silicija, te time omogu?uju elektronima da se slobodno gibaju u vodljivoj žici, te time nastaje struje. Nažalost mnogo sun?evih fotona ima previše energije, te kada pogode silicij on ispušta „vru?e elektrone“ koji brzo osloba?aju toplinsku energiju prije nego što ih može uhvatiti vodljiva žica. Kada bi se takvi vru?i elektroni mogli uhvatiti maksimalna efikasnost bi se udvostru?ila.

Jedno rješenje je usporiti proces hla?enja elektrona, daju?i time više vremena da se elektroni uhvate. Prošle godine se kemi?ar Xiaoyang Zhu iz Sveu?ilišta Texas sa svojim kolegama okrenuo prema kvantnim to?kama koje imaju par tisu?a atoma. Zhu je takve olovno-selendiske to?ke stavio na vodljivi sloj titanij oksida, te kada je to obasjao svjetlom elektronima je trebalo 1.000 puta duže da se ohlade. Time je pokazao da takav koncept može funkcionirati.

Usporavanje elektrone je samo dio cilja, Zhu sada traži na?ine da pomogne vodi?ima da što više vru?ih elektrona pretvore u struju tako da ih sam vodi? ne apsorbira kao toplinu. Tu ostaju mnogi problemi, pošto je još mnogo fizike nepoznato, jer nije sasvim jasno kako se elektroni hlade i kako se prenose na vodi?e.


7.) Solarno gorivo

Sunce u jednom satu da više energije Zemlji nego što ljudska rasa potroši u godinu dana. Kada bi znanstevnici našli na?in da se bar dio tog viška energije pretvori u teku?e gorivo, naša ovisnost o fosilnim gorivima za promet bi nestala. Nathan Lewis, direktor Centra za umjetnu fotosintezu u Kalifornijskom Institutu za tehnologiju kaže da bi kemijska goriva promijenila sve kada bi ih mogli napraviti efikasno i jednostavno iz Sunca.

U Državnom laboratoriju Sandia imaju jedan tanjur širok šest metara napravljen od zrcala u pustinji Novog Meksika. On koncentrira zrake Sunca na pola metra duga?ki cilindri?ni ure?aj koji izgleda kao ba?va piva a koji je postavljen ispred tanjura.  Zrcala fokusiraju sun?evu svjetlost kroz prozor u zidu ure?aja na nekoliko kružnih prstenova koji se rotiraju jednom po minuti. Zubi hr?e ili cerium-oksida su na rubu prstena i rotiraju se u fokusiranu svjetlost te se time ugriju na 1.500 stupnjeva celzijusa. Toplina tjera kisik iz hr?e, a kada se zubi hr?e vra?aju u tamni hladniji dio reaktora oni usisavaju kisik nazad iz pare ili iz CO2 koji je uba?en u komoru, te iza ostavljaju energetski-bogat vodik ili uglji?ni-monoksid.

Ostatna smjesa vodika i uglj?nog-monoksida se zove sintetizirani plin ili syngas – koji je osnovna molekularna jedinica za fosilna goriva, kemikalije, ?ak i plastiku. Taj proces bi mogao apsorbirati istu koli?inu CO2 koja se emitira kada se gorivo troši.  I na drugim mjestima se razvija sli?na tehnologija.

Naravno prakti?kih problema ima puno, jedan od glavnih je kako osigurati materijal koji ?e preživjeti kružni proces na temperaturama od 900 do 1.500 stupnjeva celzijusa, na?i bolji materijal od hr?e, te niža cijena zrcala.

 

Kratke filmi?e na engleskom o svim tehnologijama, te duže opise svih tehnologija na engleskom možete na?i na:

http://www.scientificamerican.com/

Tags:     radikalna rješenja      energija      ugljen      solarna energija      magnetske klime      motori      fisija      fuzija      solarno gorivo
Index ÄŤlanka
Sedam radikalnih rješenja za energiju
#2
#3
#4
Sve stranice
 

Dodajte svoj komentar

Vaše ime:
Vaš e-mail:
Naslov:
Komentar:
  Verifikacijska rijeÄŤ. Samo mala slova bez razmaka.
Verifikacija:

Obnovljivi izvori energije za po?etnike

OIE u regiji

Nove tehnologije

Nova energetika

Želite li više koristiti obnovljive izvore energije?