قوة البراكين والطحالب والورق: مصادر طاقة بديلة غير واضحة

الأعشاب البحرية

إحدى الطرق التي بدأت بها البشرية في مكافحة احتياطيات الطاقة المتضائلة هي

وذلك لإنتاج الوقود من الكتلة الحيوية.تشبه عملية الإنتاج إنتاج الزيت من المواد العضوية. والفرق الرئيسي هو أن إنتاج الوقود من الكتلة الحيوية يستغرق أيامًا وليس ملايين السنين.

أحد مصادر الوقود في المستقبلالطحالب هي كائنات مائية صغيرة تحول ضوء الشمس إلى طاقة وتخزنها كزيت. يبحث العلماء والمهندسون في جميع أنحاء العالم عن أفضل سلالات الطحالب حقيقية النواة ويطورون أساليب الزراعة الأكثر كفاءة.

يتم الجمع بين إمكانات الإنتاج السريع هذهمع القدرة على إنتاج كمية لا حصر لها من الكتلة الحيوية يؤدي نظريًا إلى مصدر غير محدود للطاقة. متجدد أكثر من النفط والفحم والغاز ، على أي حال ، وهذا هو السبب.

الطحالب الدقيقة صغيرة وحيدة الخليةالنباتات التي تنمو في البحر وتلتقط الكربون من خلال عملية التمثيل الضوئي. كانت هذه النباتات ذات يوم مصدرًا لما قبل التاريخ من النفط الخام المستخرج من قشرة الأرض اليوم. منذ ملايين السنين ، ماتت الطحالب المزهرة وغرقت في قاع البحر. في النهاية ، أدى الضغط المرتفع ودرجة الحرارة لقشرة الأرض إلى تحويل بقايا الطحالب الدقيقة إلى نفط خام. اليوم ، يحاول الوقود الحيوي المشتق من الطحالب تسريع هذه العملية من خلال تهيئة الظروف اللازمة لاستخراج الزيوت من دهون الطحالب الدقيقة.

بدأ اعتبار الطحالبمصدر الطاقة البديلة حديث نسبيًا ، لكن التكنولوجيا ، وفقًا للخبراء ، واعدة جدًا. يكفي أن نقول أنه من 1 هكتار من مساحة المياه التي تشغلها الطحالب ، يمكن الحصول على 150 ألف متر مكعب من الغاز الحيوي سنويًا. هذا يساوي تقريبًا حجم الغاز الذي تنتجه بئر صغير ، ويكفي لحياة قرية صغيرة.

الطحالب الخضراء سهلة الصيانة وسريعةتنمو وتمثلها العديد من الأنواع التي تستخدم طاقة ضوء الشمس في عملية التمثيل الضوئي. يمكن تحويل كل الكتلة الحيوية ، سواء كانت سكريات أو دهون ، إلى وقود حيوي ، وغالبًا ما يكون الإيثانول الحيوي والديزل الحيوي. تعتبر الطحالب وقودًا بيئيًا مثاليًا لأنها تنمو في بيئة مائية ولا تتطلب موارد من الأرض ، كما أنها عالية الإنتاجية ولا تضر بالبيئة.

هذا النوع من الوقود لا يزال له قيود.

لأكثر من خمس سنوات، ابتداء من تقريبامنذ عام 2005، اجتذبت شركات الوقود الحيوي الطحالب، بما في ذلك ألجينول، وسافير إنيرجي، وسولازيم، مئات الملايين من الدولارات من استثمارات القطاع الخاص، واعدة بأن الطحالب ذات الهندسة الكيميائية يمكن أن تزيد إنتاج عشرات الأنواع. ملايين الجالونات من الوقود على مدى عدة سنوات بأسعار منافسة للوقود الأحفوري. يعتمد تحويل وقود الطحالب في المقام الأول على التركيز العالي للدهون في المواد الأولية: جزيئات حمض دهنية تحتوي على زيت يمكن استخلاصها لإنتاج الوقود الحيوي.

وبعد مرور ما يقرب من 15 عامًا، ظهر عالم التكنولوجيا الخضراءلقد وقعت في حب الوقود الحيوي الطحالب. وعلى الرغم من المبالغ الكبيرة التي تم إنفاقها على تطوير عملية التحويل، فإن أهداف الإنتاج الطموحة لهذه الصناعة - ناهيك عن القدرة التنافسية لأسعار الوقود الأحفوري - تظل حلماً بعيد المنال. ومن منظور التكلفة، فمن المؤكد أن الانخفاض الكبير في أسعار النفط في عامي 2008 و 2014 لم يحسن القدرة التنافسية للوقود الحيوي، ولكن أثبتت المشاكل الفنية أيضا أنها تشكل حجر عثرة كبير. نشأت مشاكل مستعصية فيما يتعلق بتوازن الطاقة في استخراج الدهون، والحفاظ على ظروف نمو مناسبة في الأحواض المفتوحة، والكميات الهائلة من الماء وثاني أكسيد الكربون والأسمدة اللازمة للطحالب للقيام بعملية التمثيل الضوئي بسرعة كافية على نطاق واسع.

البراكين

أحد التطورات الرئيسية في إتقانالطاقة البركانية مملوكة لباحثين أمريكيين من شركتي AltaRock Energy و Davenport Newberry Holdings. تم إجراء البحث على بركان خامد في ولاية أوريغون بالولايات المتحدة الأمريكية. تم ضخ المياه المالحة في عمق الصخور. بسبب اضمحلال العناصر المشعة وسخونة عباءة الأرض ، تكون درجة الحرارة في الداخل عالية جدًا. عند تسخينها ، تحول الماء إلى بخار. يتم تغذية التوربينات التي تولد الكهرباء.

حتى الآن ، لا يزال هناك اثنانتشغيل محطات الطاقة التي تستخدم هذه التكنولوجيا. أحدهما في فرنسا والآخر في ألمانيا. بشكل عام ، وفقًا للمسح الجيولوجي الأمريكي ، من المحتمل أن تكون الطاقة الحرارية الأرضية قادرة على توفير 50 ​​٪ من احتياجات الكهرباء في البلاد (تبلغ مساهمتها اليوم 0.3 ٪ فقط).

طريقة أخرى لاستخدام البراكينتم اقتراح إنتاج الطاقة في عام 2009 من قبل الباحثين الأيسلنديين. بالقرب من الأعماق البركانية ، وجدوا خزانًا للمياه تحت الأرض بدرجة حرارة عالية بشكل غير طبيعي. يقع الماء الساخن جدًا في مكان ما على الحد الفاصل بين السائل والغاز ولا يوجد إلا عند درجة حرارة وضغط معينين.

ثار بركان ماتو ويست في عام 2009.الصورة مجاملة من الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي. الائتمان: الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي.

يمكن للعلماء أن يولدوا شيئًا مشابهًا فيالمختبرات ، لكن اتضح أن هذه المياه موجودة في الطبيعة - في أحشاء الأرض. يُعتقد أنه يمكن استخراج 10 أضعاف الطاقة من الماء ذي "درجة الحرارة الحرجة" من الماء الذي يغلي بالطريقة التقليدية.

علاوة على ذلك، أظهرت دراسة حديثةأن الانفجارات البركانية في أعماق المحيطات يمكن أن تنتج رشقات نارية قوية للغاية من الطاقة بمعدل يكفي لتزويد الولايات المتحدة بأكملها بالطاقة.

لفترة طويلة كان يعتقد أن الانفجاراتالبراكين في أعماق البحار غير مثيرة للاهتمام نسبيًا مقارنة بالانفجارات الأرضية. على الرغم من أن البراكين الأرضية غالبًا ما تسبب ثورات بركانية مذهلة عن طريق نثر الرماد البركاني في البيئة ، إلا أنه كان يُعتقد أن الانفجارات البركانية العميقة تسبب فقط تدفقات الحمم البركانية بطيئة الحركة.

ولكن البيانات التي تم جمعها عن بعدكشفت المركبات المأهولة في أعماق شمال شرق المحيط الهادئ، والتي قام بتحليلها علماء من جامعة ليدز، عن وجود صلة بين الطريقة التي ينتشر بها الرماد أثناء الانفجارات البحرية وتشكيل أعمدة كبيرة وقوية من الماء الساخن المتصاعد من قاع المحيط. المعروفة باسم Megaplomes.

تحتوي هذه Megaplumes الساخنة والغنيةتعمل المواد الكيميائية الموجودة في الماء بنفس الطريقة التي تعمل بها أعمدة الغلاف الجوي التي تُرى من البراكين الأرضية، وتنتشر أولاً للأعلى ثم للخارج، حاملة معها الرماد البركاني. حجم الأعمدة الضخمة هائل، حيث يعادل حجم المياه أربعين مليون حوض سباحة أولمبي. وقد تم اكتشافها فوق براكين مختلفة تحت سطح البحر، لكن أصلها لا يزال مجهولا. وتظهر نتائج دراسة جديدة أجراها علماء من جامعة ليدز أنها تتشكل بسرعة أثناء ثوران الحمم البركانية.

طور الباحثون نموذجًا رياضيًامما يوضح كيف ينتشر الرماد الناتج عن هذه الانفجارات تحت الماء على بعد عدة كيلومترات من البركان. لقد استخدموا بنية الرماد الناتج عن انفجار الغواصة التاريخي لإعادة بناء ديناميكياته. وأظهر هذا أن معدل إطلاق الطاقة اللازمة لنقل الرماد عبر المسافات المرصودة كان مرتفعًا للغاية، أي ما يعادل الطاقة التي تستخدمها الولايات المتحدة بأكملها.

ورق

التكنولوجيا التي تم إنشاؤها في اليابان من قبل شركة سونيتولد الكهرباء عن طريق تحويل الورق الممزق إلى سكر، والذي يستخدم بدوره كوقود. وقال الفريق الذي يقف وراء المشروع إن هذه البطاريات الحيوية صديقة للبيئة لأنها لا تستخدم مواد كيميائية أو معادن ضارة.

تعتمد العملية على استخدام إنزيمالسليولاز لتحلل المواد إلى سكر الجلوكوز. ثم تتحد مع الأكسجين والأنزيمات الأخرى التي تحول المادة إلى إلكترونات وأيونات الهيدروجين. في المشروع ، تم استخدام الإلكترونات بواسطة بطارية لتوليد الكهرباء. تم إنشاء الماء وحمض غلوكونولاكتون ، الذي يشيع استخدامه في مستحضرات التجميل ، كمنتجات ثانوية.

الباحثون المشاركون في المشروع مقارنةهذه عملية ذات آلية يستخدمها النمل الأبيض لهضم الخشب وتحويله إلى طاقة. يعتمد عملهم على مشروع سابق استخدموا فيه عصير الفاكهة لتشغيل مشغل موسيقى Walkman.

يتم كسر السلسلة بواسطة الإنزيمات ، وتتم معالجة الجلوكوز الناتج بواسطة مجموعة أخرى من الإنزيمات ، بمساعدة أيونات الهيدروجين والإلكترونات الحرة. يتم توجيه الإلكترونات عبر دائرة خارجية لتوليد الكهرباء. من المفترض أن مثل هذا المصنع ، أثناء معالجة ورقة واحدة بحجم 210 × 297 مم ، يمكن أن يولد حوالي 18 واط في الساعة (يتم توليد نفس كمية الطاقة تقريبًا بواسطة 6 بطاريات AA).

الطريقة صديقة للبيئة:من المزايا المهمة لمثل هذه "البطارية" عدم وجود المعادن والمركبات الكيميائية الضارة. مرت سنوات عديدة منذ تقديم المشروع ، لكن التكنولوجيا لا تزال بعيدة عن التسويق: يتم توليد القليل جدًا من الكهرباء - وهي كافية فقط لتشغيل الأجهزة المحمولة الصغيرة.

ما هو الحد الأدنى؟

يستخدم الناس الأحافير كمصدر رئيسي لهمطاقة. المشكلة هي أنه عاجلاً أم آجلاً ، من الناحية النظرية ، قد ينتهي بهم الأمر. لكن قد لا ينجو الناس حتى هذه اللحظة بسبب الاحتباس الحراري وتغير المناخ. يبحث العلماء والمتحمسون عن مصادر جديدة للطاقة كل يوم. ليس كل منهم واضحًا وسيصبح ناجحًا تجاريًا على الفور ، ولكن العمل في هذا الاتجاه هو بالفعل تقدم يمكن أن يساعد في وجودنا. حان الوقت لإلقاء شبكة واسعة.

قراءة المزيد

تم إنشاء أول خريطة دقيقة للعالم. ما هو الخطأ مع أي شخص آخر؟

شاهد تيارات الغبار المريخي من مروحية الإبداع

طائرة هليكوبتر بارعة تقلع بنجاح على المريخ

سيليولاز - إنزيم ينتمي إلى الفئةالهيدرولاز الذي يحفز التحلل المائي للروابط β-glycosidic في السليلوز مع تكوين الجلوكوز أو السليلوبيوز ثنائي السكاريد. توجد في الحبوب المنبتة ، والفطر ، والعديد من البكتيريا ، وكذلك في عدد من الحيوانات التي تتغذى على الخشب.

الجلوكونولاكتون هو حمض بولي هيدروكسي (PHA) ، يتم الحصول عليه نتيجة أكسدة الجلوكوز (سكر طبيعي موجود ، من بين أشياء أخرى ، في جسم الإنسان).

النمل الأبيض ، أو النمل الأبيض - الأشعة تحت الحمراءالحشرات الاجتماعية ذات التحول غير الكامل المرتبطة بالصراصير. على الرغم من اسم "النمل الأبيض" ، إلا أنهم ليسوا نملًا ، على الرغم من أنهم يشبهونهم في كثير من النواحي في طريقة حياتهم.