พลังของภูเขาไฟสาหร่ายและกระดาษ: แหล่งพลังงานทางเลือกที่ไม่อาจเปิดเผยได้

สาหร่ายทะเล

วิธีหนึ่งที่มนุษยชาติเริ่มต่อสู้กับพลังงานสำรองที่ลดน้อยลงก็คือ

คือการสร้างเชื้อเพลิงจากชีวมวลกระบวนการผลิตคล้ายกับการสร้างน้ำมันจากวัสดุอินทรีย์ ข้อแตกต่างที่สำคัญคือต้องใช้เวลาหลายวันในการผลิตเชื้อเพลิงจากชีวมวลแทนที่จะใช้เวลาหลายล้านปี

หนึ่งในแหล่งเชื้อเพลิงแห่งอนาคตคือสาหร่ายเป็นสิ่งมีชีวิตในน้ำขนาดเล็กที่เปลี่ยนแสงแดดเป็นพลังงานและเก็บไว้เป็นน้ำมัน นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรทั่วโลกกำลังวิจัยสาหร่ายยูคาริโอตสายพันธุ์ที่ดีที่สุดและพัฒนาวิธีการเลี้ยงที่มีประสิทธิภาพสูงสุด

ศักยภาพในการผลิตที่รวดเร็วนี้รวมเข้าด้วยกันด้วยศักยภาพในการผลิตมวลชีวภาพจำนวนไม่ จำกัด นำไปสู่แหล่งพลังงานที่ไม่สิ้นสุด หมุนเวียนได้มากกว่าน้ำมันถ่านหินและก๊าซและนี่คือเหตุผล

สาหร่ายขนาดเล็กมีขนาดเล็กเซลล์เดียวพืชที่เติบโตในทะเลและจับคาร์บอนผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชเหล่านี้เคยเป็นแหล่งน้ำมันดิบในยุคก่อนประวัติศาสตร์ที่สกัดจากเปลือกโลกในปัจจุบัน เมื่อหลายล้านปีก่อนสาหร่ายที่ออกดอกได้ตายและจมลงสู่ก้นทะเล ในที่สุดความกดอากาศและอุณหภูมิสูงของเปลือกโลกได้เปลี่ยนเศษสาหร่ายขนาดเล็กให้กลายเป็นน้ำมันดิบ ปัจจุบันเชื้อเพลิงชีวภาพที่ได้จากสาหร่ายพยายามเร่งกระบวนการนี้โดยสร้างเงื่อนไขที่จำเป็นในการสกัดน้ำมันจากไขมันขนาดเล็ก

สาหร่ายเริ่มได้รับการพิจารณาว่าเป็นแหล่งพลังงานทางเลือกค่อนข้างใหม่ล่าสุด แต่เทคโนโลยีตามที่ผู้เชี่ยวชาญมีแนวโน้มดีมาก พอจะกล่าวได้ว่าจากพื้นที่ผิวน้ำ 1 เฮกตาร์ที่ถูกครอบครองโดยสาหร่ายสามารถรับก๊าซชีวภาพได้ 150,000 ลูกบาศก์เมตรต่อปี นี่คือประมาณเท่ากับปริมาตรของก๊าซที่บ่อขนาดเล็กผลิตได้และเพียงพอสำหรับชีวิตของหมู่บ้านเล็ก ๆ

สาหร่ายสีเขียวดูแลรักษาง่ายรวดเร็วเติบโตและเป็นตัวแทนของสิ่งมีชีวิตหลายชนิดที่ใช้พลังงานของแสงแดดในการสังเคราะห์แสง ชีวมวลทั้งหมดไม่ว่าจะเป็นน้ำตาลหรือไขมันสามารถเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพได้ส่วนใหญ่มักเป็นไบโอเอทานอลและไบโอดีเซล สาหร่ายเป็นเชื้อเพลิงเชิงนิเวศในอุดมคติเนื่องจากเติบโตในสภาพแวดล้อมทางน้ำและไม่ต้องใช้ทรัพยากรบนบกมีประสิทธิผลสูงและไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

เชื้อเพลิงประเภทนี้ยังมีข้อ จำกัด

เป็นเวลากว่า 5 ปี โดยเริ่มตั้งแต่ประมาณตั้งแต่ปี 2548 เป็นต้นมา บริษัทเชื้อเพลิงชีวภาพด้านสาหร่าย เช่น Algenol, Sapphire Energy และ Solazyme ดึงดูดการลงทุนจากภาคเอกชนมูลค่าหลายร้อยล้านดอลลาร์โดยให้คำมั่นว่าสาหร่ายวิศวกรรมเคมีจะสามารถเพิ่มการผลิตได้หลายสิบสายพันธุ์ เชื้อเพลิงหลายล้านแกลลอนในช่วงหลายปีที่ผ่านมาในราคาที่แข่งขันกับเชื้อเพลิงฟอสซิลได้ การเปลี่ยนเชื้อเพลิงจากสาหร่ายนั้นขึ้นอยู่กับความเข้มข้นสูงของไขมันในวัตถุดิบตั้งต้น ได้แก่ ไขมัน ซึ่งเป็นโมเลกุลของกรดที่ประกอบด้วยน้ำมัน ซึ่งสามารถสกัดออกมาเพื่อสร้างเชื้อเพลิงชีวภาพได้

เกือบ 15 ปีต่อมา โลกแห่งเทคโนโลยีสีเขียวตกหลุมรักเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่าย แม้ว่าจะใช้เงินก้อนโตในการพัฒนากระบวนการแปลงสภาพ แต่เป้าหมายการผลิตอันทะเยอทะยานของอุตสาหกรรม — ไม่ต้องพูดถึงความสามารถในการแข่งขันด้านราคาเชื้อเพลิงฟอสซิล — ยังคงเป็นความฝันที่ห่างไกล จากมุมมองของต้นทุน การลดลงอย่างมากของราคาน้ำมันในปี 2551 และ 2557 ไม่ได้ช่วยปรับปรุงขีดความสามารถในการแข่งขันของเชื้อเพลิงชีวภาพอย่างแน่นอน แต่ปัญหาทางเทคนิคก็กลายเป็นอุปสรรคสำคัญเช่นกัน ปัญหาที่แก้ไขไม่ได้เกิดขึ้นในแง่ของสมดุลพลังงานของการสกัดไขมัน การรักษาสภาพการเจริญเติบโตที่เหมาะสมในบ่อเปิด และปริมาณน้ำ ปริมาณ CO₂ และปุ๋ยจำนวนมหาศาลที่จำเป็นสำหรับสาหร่ายในการสังเคราะห์แสงได้เร็วเพียงพอในขนาดใหญ่

ภูเขาไฟ

หนึ่งในพัฒนาการหลักในการเรียนรู้พลังงานภูเขาไฟเป็นของนักวิจัยชาวอเมริกันจาก บริษัท ที่ริเริ่ม AltaRock Energy และ Davenport Newberry Holdings การวิจัยดำเนินการกับภูเขาไฟที่อยู่เฉยๆในโอเรกอนสหรัฐอเมริกา น้ำเกลือถูกสูบลึกเข้าไปในหิน เนื่องจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีและเสื้อคลุมที่ร้อนที่สุดของโลกทำให้อุณหภูมิภายในสูงมาก เมื่อได้รับความร้อนน้ำจะกลายเป็นไอน้ำ มันถูกป้อนให้กับกังหันซึ่งสร้างกระแสไฟฟ้า

จนถึงปัจจุบันยังมีสองโรงไฟฟ้าที่ใช้เทคโนโลยีนี้ คนหนึ่งอยู่ในฝรั่งเศสและอีกคนอยู่ในเยอรมนี โดยทั่วไปจากการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกาพลังงานความร้อนใต้พิภพมีศักยภาพเพียงพอที่จะให้ไฟฟ้าได้ 50% ของความต้องการไฟฟ้าของประเทศ (ปัจจุบันมีส่วนสนับสนุนเพียง 0.3%)

อีกวิธีหนึ่งในการใช้ภูเขาไฟสำหรับการผลิตพลังงานเสนอในปี 2552 โดยนักวิจัยชาวไอซ์แลนด์ ใกล้ความลึกของภูเขาไฟพวกเขาพบแหล่งกักเก็บน้ำใต้ดินที่มีอุณหภูมิสูงผิดปกติ น้ำร้อนมากอยู่ตรงพรมแดนระหว่างของเหลวและก๊าซและมีอยู่ที่อุณหภูมิและความดันที่แน่นอนเท่านั้น

ภูเขาไฟ Mato West ปะทุในปี 2552ได้รับความอนุเคราะห์จาก National Oceanic and Atmospheric Administration เครดิต: การบริหารมหาสมุทรและบรรยากาศแห่งชาติ

นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างสิ่งที่คล้ายกันในห้องปฏิบัติการ แต่ปรากฎว่าพบน้ำดังกล่าวในธรรมชาติ - ในบาดาลของโลก เชื่อกันว่าสามารถดึงพลังงานจากน้ำที่มี "อุณหภูมิวิกฤต" ได้มากกว่าน้ำที่นำไปต้มตามวิธีเดิม 10 เท่า

นอกจากนี้ การศึกษาล่าสุดพบว่าการปะทุของภูเขาไฟที่อยู่ลึกลงไปในมหาสมุทรสามารถก่อให้เกิดการระเบิดพลังงานอันทรงพลังอย่างยิ่งในอัตราที่เพียงพอที่จะจ่ายพลังงานให้กับทั่วทั้งสหรัฐอเมริกา

เป็นเวลานานเชื่อกันว่าการปะทุภูเขาไฟในทะเลลึกค่อนข้างไม่น่าสนใจเมื่อเทียบกับการปะทุบนบก แม้ว่าภูเขาไฟบนบกมักก่อให้เกิดการปะทุที่น่าตื่นเต้นโดยการกระจายเถ้าภูเขาไฟในสิ่งแวดล้อม แต่เชื่อกันว่าการปะทุในทะเลลึกทำให้เกิดการไหลของลาวาที่เคลื่อนไหวช้าเท่านั้น

แต่ข้อมูลที่เก็บรวบรวมจากระยะไกลยานพาหนะที่มีคนขับอยู่ลึกลงไปในมหาสมุทรแปซิฟิกทางตะวันออกเฉียงเหนือ และได้รับการวิเคราะห์โดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยลีดส์ ได้เปิดเผยความเชื่อมโยงระหว่างวิธีที่เถ้ากระจายตัวในระหว่างการปะทุของเรือดำน้ำกับการก่อตัวของเสาน้ำอุ่นขนาดใหญ่และทรงพลังที่ลอยขึ้นมาจากพื้นมหาสมุทร เรียกว่าเมกะพลูม

เมกะพลูมเหล่านี้ประกอบด้วยความร้อนแรงและอุดมสมบูรณ์สารเคมีในน้ำและทำหน้าที่ในลักษณะเดียวกับกลุ่มควันในชั้นบรรยากาศที่เห็นได้จากภูเขาไฟบนบก โดยกระจายขึ้นด้านบนแล้วออกไปด้านนอก โดยมีเถ้าภูเขาไฟติดตัวไปด้วย ขนาดของเมกะพลูมนั้นมหาศาล โดยมีปริมาณน้ำเทียบเท่ากับสระว่ายน้ำขนาดโอลิมปิกสี่สิบล้านสระ พวกมันถูกค้นพบเหนือภูเขาไฟใต้ทะเลหลายแห่ง แต่ยังไม่ทราบที่มาของพวกมัน ผลการศึกษาใหม่โดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยลีดส์แสดงให้เห็นว่าพวกมันก่อตัวอย่างรวดเร็วระหว่างการปะทุของลาวา

นักวิจัยได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเถ้าถ่านจากการปะทุใต้น้ำเหล่านี้กระจายตัวไปจากภูเขาไฟหลายกิโลเมตรอย่างไร พวกเขาใช้โครงสร้างของเถ้าจากการปะทุของเรือดำน้ำในประวัติศาสตร์เพื่อสร้างพลวัตของมันขึ้นมาใหม่ นี่แสดงให้เห็นว่าอัตราการปล่อยพลังงานที่จำเป็นในการขนส่งขี้เถ้าในระยะทางที่สังเกตได้นั้นสูงมาก ซึ่งเทียบเท่ากับพลังงานที่ใช้โดยทั้งสหรัฐอเมริกา

กระดาษ

เทคโนโลยีที่สร้างขึ้นในญี่ปุ่นโดย Sonyผลิตกระแสไฟฟ้าโดยการแปลงกระดาษฝอยเป็นน้ำตาลซึ่งใช้เป็นเชื้อเพลิง ทีมงานที่อยู่เบื้องหลังโครงการกล่าวว่าแบตเตอรี่ชีวภาพดังกล่าวเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเนื่องจากไม่ใช้สารเคมีหรือโลหะที่เป็นอันตราย

กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับการใช้เอนไซม์เซลลูโลสสำหรับการสลายตัวของวัสดุเป็นน้ำตาลกลูโคส จากนั้นพวกเขาจะรวมกับออกซิเจนและเอนไซม์อื่น ๆ ที่เปลี่ยนวัสดุเป็นอิเล็กตรอนและไฮโดรเจนไอออน ในโครงการแบตเตอรี่ใช้อิเล็กตรอนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า น้ำและกรดกลูโคโนแลคโตนซึ่งนิยมใช้ในเครื่องสำอางถูกสร้างขึ้นเป็นผลพลอยได้

นักวิจัยที่เกี่ยวข้องในโครงการเปรียบเทียบนี่เป็นกระบวนการที่มีกลไกที่ปลวกใช้ในการย่อยไม้และเปลี่ยนเป็นพลังงาน ผลงานของพวกเขาสร้างขึ้นจากโครงการก่อนหน้านี้ที่พวกเขาใช้น้ำผลไม้เพื่อเพิ่มพลังให้กับเครื่องเล่นเพลง Walkman

โซ่ถูกทำลายโดยเอนไซม์และน้ำตาลกลูโคสที่ได้จะถูกประมวลผลโดยเอนไซม์กลุ่มอื่นด้วยความช่วยเหลือของไฮโดรเจนไอออนและอิเล็กตรอนอิสระจะถูกปล่อยออกมา อิเล็กตรอนจะถูกส่งผ่านวงจรภายนอกเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า สันนิษฐานว่าโรงงานดังกล่าวในระหว่างการประมวลผลกระดาษ 210 x 297 มม. หนึ่งแผ่นสามารถสร้างพลังงานได้ประมาณ 18 วัตต์ต่อชั่วโมง (พลังงานประมาณเท่ากันสร้างโดยแบตเตอรี่ AA 6 ก้อน)

วิธีนี้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม:ข้อได้เปรียบที่สำคัญของ "แบตเตอรี่" คือไม่มีโลหะและสารประกอบทางเคมีที่เป็นอันตราย หลายปีผ่านไปนับตั้งแต่การนำเสนอโครงการ แต่เทคโนโลยียังห่างไกลจากการค้า: มีการผลิตไฟฟ้าค่อนข้างน้อย - เพียงพอที่จะจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์พกพาขนาดเล็กเท่านั้น

บรรทัดล่างคืออะไร?

ผู้คนใช้ฟอสซิลเป็นแหล่งหลักพลังงาน. ปัญหาคือไม่ช้าก็เร็วตามทฤษฎีแล้วพวกเขาอาจจบลง แต่ผู้คนอาจไม่มีชีวิตรอดจนถึงขณะนี้เนื่องจากภาวะโลกร้อนและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ นักวิทยาศาสตร์และผู้ที่ชื่นชอบกำลังมองหาแหล่งพลังงานใหม่ทุกวัน ไม่ใช่ทั้งหมดที่ชัดเจนและจะประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ในทันที แต่การทำงานในทิศทางนี้เป็นความก้าวหน้าที่สามารถช่วยการดำรงอยู่ของเราได้ ได้เวลาเหวี่ยงแห

อ่านเพิ่มเติม

แผนที่แรกที่แม่นยำของโลกถูกสร้างขึ้น คนอื่นผิดอะไร

ดูธารฝุ่นดาวอังคารจากเฮลิคอปเตอร์ Ingenuity

เฮลิคอปเตอร์อัจฉริยะบินขึ้นบนดาวอังคารได้สำเร็จ

เซลลูเลส - เอนไซม์ที่อยู่ในคลาสไฮโดรเลสที่เร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของพันธะβ-glycosidic ในเซลลูโลสด้วยการสร้างกลูโคสหรือเซลโลไบโอสไดแซคคาไรด์ พบได้ในธัญพืชที่งอกเห็ดแบคทีเรียหลายชนิดและในสัตว์หลายชนิดที่กินไม้

Gluconolactone เป็นกรดโพลีไฮดรอกซี (PHA) ซึ่งได้รับจากการออกซิเดชั่นของกลูโคส (น้ำตาลธรรมชาติที่พบในร่างกายมนุษย์)

ปลวกหรือมดขาว - โครงสร้างพื้นฐานแมลงสังคมที่มีการเปลี่ยนแปลงไม่สมบูรณ์เกี่ยวข้องกับแมลงสาบ แม้จะมีชื่อว่า "มดขาว" แต่ก็ไม่ใช่มดแม้ว่าในหลาย ๆ ด้านจะมีลักษณะคล้ายกับพวกมันในวิถีชีวิตของพวกมัน