Hvordan fordampning fra søer og reservoirer bæredygtigt kunne drive en nation

Når vi tænker på vedvarende energikilder, der kan hjælpe med at erstatte afbrænding af klimaforandrende kulstofbaserede brændstoffer, solpaneler og vindmøller kommer til at tænke på. Men forskere fra Columbia University har identificeret en anden, hidtil uudnyttet energikilde, der måske har lige så meget løfte-den enorme mængde vand, der konstant fordamper fra landets søer og reservoirer.

Det naturlige fænomen, de siger, kunne tappes ind af enheder, der indeholder ark dækket med bakteriesporer, som trækker sig sammen og udvider som reaktion på ændringer i fugt - næsten som en muskels bøjning. Den mekaniske "muskel" handling, på tur, kunne bruges til at generere gigantiske mængder elektricitet, de siger.

I en nyligt offentliggjort artikel i tidsskriftet Nature Communications, forskerne vurderer, at indre vandmasser i USA i det mindste har det teoretiske potentiale til at generere så meget som 325 gigawatt elektricitet, et beløb svarer til næsten 70 procent af vores landsdækkende elforbrug i 2015.

"Vores kunstige muskel absorberer vand, der fordamper fra overfladen af ​​søen, "siger kemiingeniør og studieforfatter Ahmet-Hamdi Cavusoglu, via e-mail. "Da det absorberer vand, musklen svulmer op og udvider sig. Når musklen absorberer alt muligt vand, skodderne over musklen åbner, så vand kan fordampe i luften fra musklen. Når vandet forlader musklen, musklen krymper, trækker i en turbine for at generere energi, ligner en roer på en romaskine, der trækker i møllen. "

I praksis, den mængde strøm kan være vanskelig at opnå, siden som artiklen bemærker, det ville kræve fuldstændig dækning af hele overfladen af ​​næsten alle indenlandske søer og reservoirer. Men som endnu en meget mindre implementering af fordampningsmotorer - sig f.eks. dækker 10 procent af disse vandoverflader - kan stadig tilføre en betydelig mængde elektrisk kapacitet til landets forsyning.

"Hvis vi kun skulle dække 10 procent af de ti bedste søer og reservoirer, vi studerede med de mest effektive fordampningsmotorer, "siger Cavusoglu, nu er associeret direktør for Academic Venture Exchange og direktør for partnerskaber ved Innovation Accelerator Foundation, "vi kunne udnytte en gennemsnitlig effekt på 7,1 gigawatt fra et område på omkring 1450 kvadratkilometer, som er større end forsyningssolens energisektor i USA i 2013. "

Og det er bare hvis de brugte søer og reservoirer. Fordampningsenergi kunne også tænkes at blive høstet fra andre kilder, lige fra floder og kystlinjer til landbrugsmarker, der er blevet fugtet af kunstvanding.

"Vand er stort set allestedsnærværende i miljøet, "siger Ozgur Sahin, en lektor i biologiske videnskaber og fysik i Columbia og en af ​​undersøgelsens medforfattere. (Sahin og kolleger var banebrydende for brugen af ​​sporer og fordampning til at skabe små motorer, som beskrevet i denne artikel i Nature Communications 2015).

Brug af fordampning som en vedvarende energikilde kan også have andre fordele, bemærker forskerne. Fordampning drives af solenergi, som absorberes af en vandmasse og opbevares, næsten som et gigantisk batteri, og derefter frigivet gradvist. Det betyder, at en fordampningsmotor kan producere elektricitet med færre udsving end solpaneler eller vindmøller, hvis produktion falder, når vinden dør, eller solen går bag en sky.

Derudover fordampningsmotorer kan ændre mængden af ​​vanddamp, der afgives af en sø eller et reservoir eller en anden kilde, yde bistand til vandspændte dele af nationen. Motorerne kunne også styre det elektriske output.

"En interessant ejendom, vi indså, er, at ved at bremse fordampningen, vi kan øge vandets temperatur, effektivt lagrer energi som varme, som vi senere kunne frigive efter behov, "siger Cavusoglu." Afhængigt af de lokale vejrforhold, vi kunne frigive denne lagrede energi hurtigt som yderligere fordampning for at matche udsving i elektrisk energibehov. Dette svarer til, hvordan vandkraftdæmninger varierer deres effekt ved at ændre vandets strømningshastighed gennem dæmningen. "

Indtil nu, fordampningsmotorer er kun testet i laboratoriet, og der er meget mere forsknings- og udviklingsarbejde i vente, før teknologien kan skaleres op til den størrelse, hvor den kan blive en vigtig kilde til elektricitet.

"Først, der skal laves bedre og større materialer, der effektivt kan udnytte energi fra fordampning, "siger Cavusoglu." I øjeblikket er Sahin-laboratoriet undersøger, hvordan man laver bedre sporbaserede materialer og bygger større motorprototyper. Vi håber at se større prototyper blive demonstreret i de næste par år. "

Ifølge en undersøgelse fra 2013 af amerikanske og canadiske forskere, en typisk dags fordampning fra de store søer kan udgøre 820 milliarder gallon (3,1 billioner liter) - næsten 20 gange strømningshastigheden ved Niagara Falls.