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Verdunstungsmotoren könnten mehr Leistung als Kohle erzeugen, mit einem großen Vorbehalt
Xi Chen
Technologie, die die erneuerbare Energie der natürlichen Wasserverdunstung nutzen kann, könnte einen großen Teil des Energiebedarfs der Nation decken – zumindest theoretisch (siehe „Wissenschaftler nutzen die Energie der Verdunstung, um winzige Motoren anzutreiben“).
Prototypen von „verdunstungsbetriebenen Motoren“ erzeugen Energie aus der Bewegung von Bakteriensporen, die sich ausdehnen und zusammenziehen, wenn sie Luftfeuchtigkeit aufnehmen und abgeben. Wenn es effizient und erschwinglich wäre, könnten die Geräte mehr als 325 Gigawatt Stromerzeugungskapazität bereitstellen, Kohle überholen , laut einer Studie Dienstag veröffentlicht in Naturkommunikation .
Dies würde jedoch erfordern, dass die Oberfläche jedes Sees und Reservoirs, das größer als 0,1 Quadratkilometer ist, in den unteren 48 Bundesstaaten, mit Ausnahme der Großen Seen, mit Anordnungen der Geräte abgedeckt wird. Offensichtlich würde dies in direktem Widerspruch zu bestehenden wirtschaftlichen und Freizeitnutzungen stehen und eine Vielzahl ernsthafter ästhetischer und ökologischer Bedenken aufwerfen. Insbesondere könnte die Störung der Verdunstung in einem ausreichend großen Maßstab über einen ausreichend großen See sogar das lokale Wetter verändern.
Aber der Co-Autor der Studie, Ozgur Sahin, sagt, dass das Papier eher ein Gedankenexperiment ist, das darauf abzielt, das Potenzial der Technologie und die Bedeutung ihrer Weiterentwicklung über den Labormaßstab hinaus zu unterstreichen, und nicht irgendein wörtlicher Entwicklungsvorschlag.
Sahin, außerordentlicher Professor für Biowissenschaften und Physik an der Columbia University, glaubt, dass es einen signifikanten Beitrag zu sauberen Energie- und Klimazielen leisten könnte, auch wenn es nie annähernd in dem in der Studie hervorgehobenen potenziellen Umfang eingeführt wird.
Er sagt, dass frühe Anwendungsfälle abgelegene Stauseen umfassen könnten, die bereits Wasserkraft erzeugen, wo es nicht so wahrscheinlich ist, dass andere Nutzungen beeinträchtigt werden. Es könnte den zusätzlichen Vorteil bieten, den Wasserverlust durch Verdunstung zu reduzieren und die für die Energieerzeugung, Bewässerung und andere Zwecke verfügbare Menge zu erhöhen.
Das Wissenschaftlerteam erschuf auch ein winziges, durch Verdunstung angetriebenes Auto namens Eva.
Sahin und seine Kollegen bei Columbia arbeiten seit Jahren an dieser Technologie. In einem 2015 Papier , beschrieb das Team einen Verdampfungsmotor, der sich darauf stützte Bacillus subtilis Sporen hafteten an Filmstapeln, die an Verschlussmechanismen befestigt waren. Wenn das Gerät über Wasser platziert wird, nehmen die Sporen Feuchtigkeit aus der natürlichen Verdunstung auf und dehnen sich aus, öffnen den Verschluss und lassen Feuchtigkeit entweichen. Die Sporen trocknen dann aus und ziehen sich zusammen, schließen den Verschluss wieder und lassen zusätzliche Luftfeuchtigkeit einströmen und den Prozess neu starten. Wenn das Gerät an einen Generator angeschlossen ist, erzeugt die ständige oszillierende Bewegung eine winzige Menge Strom.
Wie MIT Technology Review zuvor berichtet: 'Eine acht Zentimeter mal acht Zentimeter große Wasseroberfläche kann im Durchschnitt etwa zwei Mikrowatt Strom erzeugen (ein Mikrowatt ist ein Millionstel Watt) und kann bis zu 60 Mikrowatt erreichen.'
Das Team hat weiter daran gearbeitet, die Effizienz und Skalierbarkeit der Technologie zu verbessern und zusätzliche Materialien und Mittel zur Sporenhaftung zu erforschen. Da die Technologie größtenteils auf biologischen Materialien basiert, könnten die letztendlichen Kosten niedriger sein als bei Solarzellen und anderen Technologien, die speziell hergestellte Materialien erfordern, glaubt Sahin.
Entscheidend ist, Bacillus subtilis Sporen führen weiterhin die notwendige mechanische Bewegung aus, selbst wenn sie tot oder ruhend sind.
Darüber hinaus vermeidet die Technologie weitgehend die intermittierenden Einschränkungen von Wind- und Solarenergie, da sich die Verdunstungsraten zwar ändern, aber nicht aufhören. Da die Geräte außerdem die Verdunstungsrate verringern, erhöhen sie auch die Temperatur des Oberflächenwassers. Die Modellierung in der neuen Studie zeigte, dass sie durch eine gezielte Änderung der Geschwindigkeit dieses Prozesses eine Art Thermalwasserbatterie schaffen könnten, die Erzeugung und Nachfrage ausgleicht. Bei einer Drosselung würde die Wärme im Wasser die Verdunstung erhöhen und die Stromerzeugung steigern.
Wir könnten den Strombedarf an warmen und trockenen Orten in etwa 98 Prozent der Zeit stündlich decken, sagt Sahin. Das bedeutet, dass Sie keine externe Batterie benötigen, um sich auf Unterbrechungen einzustellen.