Η αστραπή είναι η απόρριψη ηλεκτρικής ενέργειας που προκαλείται από μια ανισορροπία μεταξύ των θετικών και αρνητικών φορτίων που συσσωρεύονται σε ένα Thundercloud. Οι περισσότερες λάμψεις κεραυνών εμφανίζονται μεταξύ ή μέσα σε σύννεφα, αλλά περίπου 40 εκατομμύρια απεργίες αστραπής χτύπησαν το έδαφος στις Ηνωμένες Πολιτείες κάθε χρόνο, σύμφωνα με τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων, τα οποία παρακολουθεί τραυματισμούς και θανάτους από αστραπές.
Είναι δυνατόν να αξιοποιηθεί αυτή η ενέργεια για την εξουσία ολόκληρων κοινοτήτων; Εδώ, εξερευνούμε αυτήν την ερώτηση.
Ποσότητα ενέργειας σε αστραπή
Το Lightning παράγει 10 φορές περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από τις ροές σε καλώδια υψηλής τάσης.
Παράγει επίσης θερμική ενέργεια θερμότερη από την επιφάνεια του ήλιου και ηχητική ενέργεια (Thunder) που μπορεί να ταξιδέψει 25 μίλια.
Ενώ διαρκεί μόνο ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, ένα φλας αστραπής θεωρείται ότι παράγει έως και 10 gigawatts (GW) ηλεκτρικής ενέργειας, που θα ήταν το έκτο της χωρητικότητας όλων των ηλιακών συλλεκτών στον τελευταίο όροφο στις ΗΠΑ το 2021. Η καταγραφή αυτής της ενέργειας, ωστόσο, δεν είναι εύκολη εργασία.
Ξέρετε;
Ένα μόνο μπουλόνι αστραπής μπορεί να περιέχει έως και ένα δισεκατομμύριο βολτ και περίπου 100.000 ή περισσότερους ενισχυτές ηλεκτρικής ενέργειας.
Μπορούμε να συγκομίσουμε ενέργεια αστραπής;
Το Lightning μεταφέρει ή παράγει τρεις μορφές ενέργειας: ηλεκτρική ενέργεια, θερμότητα και ήχο. Τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες έχουν διερευνήσει τις ερωτήσεις:
- Τι θα συμβεί αν μπορούσαμε να αποθηκεύσουμε τον ηλεκτρικό ρεύμα για να φορτίσουμε σύντομα όλα τα ηλεκτρικά οχήματα για να κυριαρχήσουμε στους δρόμους μας;
- Ή να καταγράψετε την έντονη θερμότητα για να παράγετε αρκετό ατμό για να τρέξετε έναν στρόβιλο;
- Ή να μετατρέψετε αρκετό ήχο για να δημιουργήσετε την ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή καυσίμου υδρογόνου χωρίς άνθρακα;
Καταγράφοντας ηλεκτρική ενέργεια
Έχουν γίνει διάφορες προσπάθειες με τη χρήση κυκλωμάτων μεταγωγής υψηλής τάσης και μαγνητικών πυκνωτών για τη σύλληψη και την αποθήκευση ενέργειας αστραπής. Αρκετά διπλώματα ευρεσιτεχνίας εκκρεμούσαν και ενεργά περιγράφουν συστήματα που θα μπορούσαν να μετατρέψουν την αστραπή σε ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, όμως, κανένα από αυτά τα συστήματα δεν χρησιμοποιείται – τουλάχιστον ευρέως.
Όπως το θέτει μια μελέτη, “Αυτό δεν είναι μια πολύπλοκη επιστημονική επιχείρηση, όπως οι αντιδραστήρες σύντηξης ή οι πυρηνικές εγκαταστάσεις”. Πράγματι, ο Benjamin Franklin μας πήρε στα μισά του δρόμου με την εφεύρεση των Lightning Rods, οι οποίες προσελκύουν και συλλάβουν αστραπές και κατευθύνουν το στο έδαφος. Το άλλο μισό – το να το πετύχει – είναι το σκληρό μέρος.
Η Γη λειτουργεί ως ηλεκτρικό έδαφος επειδή είναι αρκετά μεγάλο για να απορροφήσει μια απεριόριστη ποσότητα ηλεκτρικού ρεύματος με ελάχιστη επίδραση.
Η πρόκληση έρχεται να αποχωρήσει από την ενέργεια που μεταφέρεται σε ένα μπουλόνι αστραπής σε ασφαλή επίπεδα.
Το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας λειτουργεί ήδη με αυτόν τον τρόπο: οι γραμμές μεταφοράς υψηλής τάσης που προέρχονται από σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα σε 345.000 βολτ, αλλά μέσω πολλαπλών υποσταθμών, η ηλεκτρική ενέργεια παραιτείται σε περιφερειακά επίπεδα και στη συνέχεια σε επίπεδα γειτονιάς, έως ότου οι γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας σε κατοικίες μεταφέρουν μόλις 120 volts.
Ωστόσο, η βία σε ένα αστραπή κάτω από εκατομμύρια – μέχρι ένα δισεκατομμύριο – οι κηλίδες σε ένα ασφαλέστερο επίπεδο είναι ένα πιο μνημειώδες έργο, ένα που δεν έχει ακόμη επιτευχθεί.
Θερμότητα συγκομιδής
Σύμφωνα με την Εθνική Ωκεανική και Ατμοσφαιρική Διοίκηση, η ενέργεια από την αστραπή θερμαίνει τον αέρα για λίγο σε περίπου 50.000 βαθμούς Φαρενάιτ -κατώτατο από την επιφάνεια του ήλιου.
Οι πρόσφατες εξελίξεις στη σύλληψη της θερμότητας και τη μετατροπή της σε ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να υποδηλώνουν έναν τρόπο να συγκομιδούν το Mega Heat της Lightning. Ενώ οι μαγνήτες (κεντρικοί έως τους περισσότερους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας) χάνουν τη μαγνητική τους δύναμη όταν θερμαίνονται, πρόσφατες έρευνες έχουν εντοπίσει ότι τα μικροσκοπικά σωματίδια που ονομάζονται Paramagnons δρουν ως ημιαγωγοί, ικανοί να μετατρέψουν τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια.
Η λήψη από αυτή τη βασική έρευνα σε ένα λειτουργικό προϊόν μπορεί να συμβεί πρώτα με περισσότερες πηγές θερμότητας κάτω από τη γη, όπως η απόβλητη θερμότητα από τις διαδικασίες παραγωγής ή τα οχήματα. Η εφαρμογή του στο Lightning είναι μια λιγότερο επείγουσα εργασία.
Μετατροπή ήχου
Όποιος κατέχει ένα τηλέφωνο γνωρίζει ότι είναι δυνατόν να μετατραπεί η ηλεκτρική ενέργεια σε ηχητικά κύματα. Το αντίστροφο είναι επίσης δυνατό και τα πειράματα βρίσκονται σε εξέλιξη σε όλο τον κόσμο στη συγκομιδή ήχου για ηλεκτρική ενέργεια.
Η ακραία θερμότητα που παράγεται από αστραπή προκαλεί τον αέρα γύρω του να εκραγεί, παράγοντας τα ηχητικά κύματα που ονομάζουμε Thunder. Μέσα σε λίγες εκατοντάδες μέτρα από την πηγή του, ο Thunder μπορεί να παράγει περίπου 120 ντεσιμπέλ. Ωστόσο, οι υπάρχουσες πηγές υγιούς ενέργειας από την κυκλοφορία και την αστική ηχορύπανση, ωστόσο, είναι πολύ αξιόπιστες οχλήσεις για να αξίζουν πειράματα με τη συγκομιδή Thunder.
Προοπτικές για τη συγκομιδή ηλεκτρικής ενέργειας
Με την ηλεκτρική ενέργεια, η προσφορά πρέπει πάντα να ανταποκρίνεται στη ζήτηση – αλλιώς, το σύστημα καταρρέει και συμβαίνουν διακοπές. Μία από τις προκλήσεις της συγκομιδής της ενέργειας του Lightning, όπως και με άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, είναι η διαλείτηση της.
Η διαλείμματα του κεραυνού είναι πολύ λιγότερο προβλέψιμη τόσο σε χρόνο όσο και σε θέση από την αιολική ή την ηλιακή ενέργεια. Η αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας της Lightning είναι το πιο δύσκολο κομμάτι, όχι μόνο επειδή η βιομηχανία αποθήκευσης ενέργειας εξακολουθεί να βρίσκεται σε μικρή ηλικία, αλλά επειδή οι ίδιες οι συσκευές αποθήκευσης θα πρέπει να αντέχουν σε ένα τεράστιο ενιαίο μπουλόνι ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς να καταστρέψουν τη συσκευή.
Η πολιτική βούληση (και επομένως τα δολάρια έρευνας) επικεντρώνεται στις πιο καθιερωμένες τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας: νερό, άνεμος και ηλιακή ενέργεια. Προς το παρόν, η συγκομιδή αστραπής θα παραμείνει η επιδίωξη μεμονωμένων εφευρέτων με όνειρα να είναι ο επόμενος Benjamin Franklin.
