Prvi biološki dokaz supernove

Cassiopeia A - ostaci supernove koja se dogodila u sazvežđu Kasioperia, udaljena oko 11.000 svetlosnih godina. Procenjuje se da se eksplozija dogodila pre 330 godina.

Cassiopeia A – ostaci supernove koja se dogodila u sazvežđu Kasioperia, udaljena oko 11.000 svetlosnih godina. Procenjuje se da se eksplozija dogodila pre 330 godina.

U fosilnim ostacima bakterija nađenih u gvožđu, naučnici sa Tehničkog univerziteta u Minhenu, smer Skup odlika porekla i strukture univerzuma (Cluster of Excellence Origin and Structure of the Universe, Technische Universitaet Muenchen – TUM), pronašli su radioaktivni izotop gvožđa, koji datira još iz vremena supernove u našem komsičkom komšiluku. Ovo je prvi biološki dokaz takve supernove na našoj planeti. Određivanjem starosti duboke bušotine Pacifičkog okeana, utvrđeno je da se supernova dogodila pre 2.2 miliona godina, što je otprilike vreme kada se pojavljuje današnji čovek.

Većina hemijskih elemenata poseduje svoje poreklo u jezgru pucanja ove supernove. Kada zvezda završi život velikom eksplozijom, ona odbacuje svoju masu u svemir. Radioaktivni izotop gvožđa Fe-60 ekskluzivno je nastao u ovakvom prasku. Zbog toga što se njegova starost procenjuje na 2.62 miliona godina, nemoguće je da se prasak dogodio u našem Solarnom sistemu i ne bismo trebali da pronađemo gvožđe koje vodi poreklo iz supernove na našoj planeti. Dakle, svako pronalaženje Fe-60 implicira da se prasak dogodio u našem kosmičkom komšiluku. U 2004. godini, naučnici sa TUM su po prvi put pronašli Fe-60 na našoj planeti. Bio je u feromanganskoj kori prikupljen sa dna ekvatorijalnog pacfičkog okeana. Procenjuje se da je star oko 2.2 miliona godina.

Takozvane „magnetotaktične“ bakterije žive u sedimentima naših okeana. One, unutar svojih ćelija prave na hiljade sitnih kristala magnetita (Fe3O4), svaki u proseku 80 nanometara prečnika. Magnetotaktičke bakterije sakupljaju gvožđe sa atmosferske prašine koja pada na okean. Nuklearni astrofizičar Šon Bišop (Shawn Bishop) sa TUM predpostavlja da bi Fe-60 takođe trebao biti deo ovih kristala nastalih od magnetotaktičnih bakterija koje su postojale u vremenu interakcije praska sa našom planetom. Ovi kristali nastali od bakterija kada se pronađu u sedimentima dugo nakon smrti bakterije nazivaju se „magnetofosili“.

Narukvica od kristala magnetita nastalih od magnetotaktičnih bakterija.  Cena jednog grama ovog kristala iznosi 6.5 američkih dolara.

Narukvica od kristala magnetita nastalih od magnetotaktičnih bakterija.
Cena jednog grama ovog kristala iznosi 6.5 američkih dolara.

Bišop i njegove kolege analizirali su delove kore sedimenata Pacifika sakupljanih u programu bušenja okeana (Ocean Drilling Program). Sedimenti datiraju između 1.7 i 3.3 miliona godina. Bišop je zajedno sa svojim kolegama sakupio sedimente koji korespondiraju u intervalima od oko 100.000 godina i tretirali su ih hemijskim reakcijama kako bi selektivno izolovali magnetofosile – i tako sakupili što je moguće više Fe-60.

Konačno, korišćenjem ultra osetljivog spektrometarskog sistema za ubrzanje mase pri Maier Laibnic laboratoriji u Garčingu – Minhen, pronašli su trag Fe-60 koji datira od pre 2.2 miliona godina, što se poklapa sa očekivanim vremenom iz istraživanja feromangana. „Deluje razumno da pretpostavimo da su nagoveštaji Fe-60 zapravo ostaci lanaca magnetita formiranih od strane bakterije na dnu okeana koje je prasak „tuširao“ iz atmosfere“, izjavio je Bišop. On i njegov tim trenutno se spremaju da analiziraju drugo bušenje sedimenata iz kore, koje sadrži deset puta više materijala od prvog bušenja. Oni hoće da vide da li sedimenti i iz drugog bušenja sadrže Fe-60, i ako je odgovor da, onda bi hteli da naprave mapu u funkciji vremena.

Uskoro: lek za sedu kosu

Reklama za farbanje kose iz 1843. godine. Dokaz koliko je ljudima i tada bilo bitno da nemaju sedu kosu.

Reklama za farbanje kose iz 1843. godine. Dokaz koliko je ljudima i tada bilo bitno da nemaju sedu kosu.

Naučnici trenutno rade na kremi koja obnavlja pigment kod ljudi koji imaju kožno oboljenje zvano vitiligo. Teoretski, oni nagađaju da bi krema mogla da pomogne ljudima koji imaju problema sa sedom kosom.

Istraživači rade na tome da pomognu ljudima koji imaju problema sa sedama, da ih zamene za njihovu mladalačku boju ponovo. Do sada, imali su uspeha kod par ljudi koji nisu izgubili pigment u kosi i koži od starenja, već od bolesti vitiligo. Pošto se smatra da je gubitak pigmenta od vitiligo bolesti isti kao i gubitak sedenjem u kasnim godinama, prototip ovakve kreme mogao bi biti prvi korak ka pravoj kremi koja će sprečiti sedenje. (Ali šta bismo radili bez silnih „muških“ reklama?)

Krema je odradila svoje kod samo pet ljudi u preliminarnom ispitivanju, tako da smo daleko od pravljenja komercijalnog proizvoda. Ali ako se ispostavi da pomaže većem broju ljudi, bila bi to velika stvar za ljude koji pate od vitiligo bolesti, posebno kod onih koji se pate ceo život. Što se tiče „sede“ populacije, bio bi to prvi proizvod koji se zapravo bavi korenom problema, umesto što samo prikriva sede dlake“, izjavio je  Džerald Vajzmen (Gerald Weissmann), glavni urednik novina ujedinjenog američkog društva za eksperimentalnu biologiju „FASEB novine“.

Tim dermatologa iz Nemačke i Engleske pregledao je više od 2.000 ljudi koji pate od vitiligo bolesti, koja izaziva gubitak pigmenta u pojedinim predelima kože i kose. Iako, vitiligo nije smrtonosan, zarazan niti bolan, i dalje može poprilično otežati ljudima život jer može izmeniti čovečiji izgled veoma mnogo.

Ovo oboljenje poznato je još od davnih vremena. Oboleli od vitiligo bolesti čine 0,5 – 4% stanovništva Zemljine kugle (što odgovara broju od 40 miliona ljudi). Bolest se može pojaviti u bilo kojoj starosnoj dobi, mada se u 70% slučajeva javlja do 20-e godine života.

Bolest vitiligo - gubitak pigmenta u koži i kosi.

Bolest vitiligo – gubitak pigmenta u koži i kosi.

Evropski naučnici pronašli su neke promene u proteinima koji vitiligo oboleli prave, nasuprot onima koji nisu oboleli od ove bolesti. Takođe su otkrili da nekoliko različitih hemikalija akumulira u vitiligo zaraženoj koži: peroksinitrit i hidrogen peroksid (iste stvari koje se koriste u izbeljivačima). Naučnici su imali pet dobrovoljaca obolelih od vitiligo bolesti, koji su koristili kremu koja smanjuje hidrogen peroksid u koži. Oni su spoznali da je krema povratila pigment u koži dobrovoljaca.

Da li bi odstranjivanje hidrogen peroksida sa kože i kose radilo i kod osoba koje nisu oboleli od vitiligo bolesti? U 2009. godini, naučnici su objavili studiju koja sugeriše na to da ljudi starenjem dobijaju sedu boju i da zbog toga imaju povišenu količinu hidrogen peroksida u folikuli i dlaci.

Naučnici iskoristili 3D štampanje kako bi napravili prvo veštačko uvo

Naučnici su iskoristili tehnologiju 3D štampanja kako bi napravili prvo veštalko uvo, sposobno da prima radio talase.

Naučnici su iskoristili tehnologiju 3D štampanja kako bi napravili prvo veštalko uvo, sposobno da prima radio talase.

Primarni cilj istraživača je bio da se istraže efikasna i promenljiva sredstva kod spajanja elektronike i tkiva. Naučnici su koristili 3D štampanje ćelija i nanodelova, praćeno ćelijskim razvijanjem, kako bi razvili malu kolutastu antenu sa hrskavicom. I tako je nastalo veštačko uvo.

“Generalno, postoje mehaničke i toplotne prepreke kada spajate električne materijale sa biološkim”, izjavio je Majkl Mekalpin (Michael McAlpine), asistent za mehaničko i aero-kosmičko inženjerstvo na Prinston univerzitetu. “Prethodno, naučnici su predložili pojedine strategije da se sašiju elektronički delovi kako bi spajanje bilo manje čudno. To se obično dešava između 2D ploče elektroničkih delova i podloge od tkiva. Ipak, naš posao je zahtevao drugačiji pristup – da napravimo i razvijemo biologiju zajedno sa elektronikom sinergetski i u 3D preplitajućem formatu”.

Mekalpinov tim je napravio nekoliko podstreka, prethodnih godina istraživanja, spajanjem malih senzora i antena. Prošle godine, istraživanje vođeno Mekalpinom i Naven Vermom (Naveen Verma), asistentom za elektroinženjerstvo, uz pomoć Fio Omeneta (Fio Omenetto) sa Tufts univerziteta, rezultiralo je razvojem tetovaže napravljene od bioloških senzora i antene koji se mogu prikačiti na površinu zuba. Ovaj projekat je njihov prvi napor da naprave potpuno funkcionalan organ koji ne samo da replikuje ljudske sposobnosti, već ih unapređuje koristeći ugrađenu elektroniku.

Tetovaža napravljena od bioloških senzora i antena koja se stavlja na zub. Delo naučnika sa Tufts univerziteta.

Tetovaža napravljena od bioloških senzora i antena koja se stavlja na zub. Delo naučnika sa Tufts univerziteta.

“Dizajn i implementacija bioloških organa i uređaja koji unapređuju ljudske sposobnosti, poznati kao cybernetics, deo su nauke koja sve više privlači pažnju naučnicima”, istraživači su napisali u članku koji se pojavljuje u školskom časopisu Nano Letters. “Ovo područije ima potencijal da generiše kastumizirane replike delova za ljudsko telo, ili čak da napravi organe koji imaju sposobnost izvan ljudskih mogućnosti”. Standardna istraživanja tkiva uključuju “sejanje” ljudskih ćelija, kao što su ćelije koje formiraju ušnu hrskavicu, i posle izgradnju polimerskog materijala koji se zove hidrogel. Međutim, naučnici tvrde da ova tehnika ima problema kod zamenjivanja komplikovanih trodimenzionalnih bioloških struktura. “Rekonstrukcija uveta ostaje jedan od najproblematičnijih plastičnih operacija”, izjavili su. Kako bi se rešio problem, tim se okrenuo proizvodnji, tačnije 3D štampanju. Ovi štampači koriste kompjuterizovan dizajn kako bi zamislili objekte od nizova tankih kriški. Štampač onda skladišti naslage različitih materijala, počev od plastičnih ćelija, kako bi napravio finalni proizvod. Predlagački kažu da ovakva proizvodnja obećava pravu revoluciju domaće industrije, dopuštajući malim timovima ili pojedincima, da naprave proizvod za koji bi prethodne bile neophodne čitave fabrike.

Praveći organe uz pomoć 3D štampača je skori napredak. Nekoliko grupa izjavilo je da su koristili ovakvu tehnologiju za sličnu upotrebu u proteklih par meseci. Ali ovo je prvi put da su naučnici demonstrirali da je 3D tehnologija pogodna strategija za mešanje tkiva i elektronike. Tehnika je omogućila naučnicima da pomešaju električnu antenu sa tkivom unutar veoma kompleksno građenog ljudskog uveta. Oni su prvo upotrebili 3D štampač da kombinuju kalup od hidrogela i kožnih ćelija zajedno sa srebrnim nanodelovima antene. Kožne ćelije su se kasnije razvile u hrskavicu.

3D štampač koji se koristi za izradu gotovih proizvoda.

3D štampač koji se koristi za izradu gotovih proizvoda.

Manu Manor (Manu Mannoor), diplomirani student u Mekalpinoj laboratoriji, rekao je da ovakav vid proizvodnje otvara vrata novim načinima da mislimo o integraciji električnih delova i biloških tkiva, i otvara mogućnost da napravimo pravi biološki organ koji će funkcionisati. On je dodao da je moguće integrisati senzore različitih bioloških tkiva kako bi se, na primer, pratio napon u pacijentovom menikusu. Dejvid Garsias (David Garcias), profesor kod Johns Hopkins univerziteta, izjavio je da premošćavanje jaza između biologije i elektronike, predstavlja znatan izazov koji moramo savladati kako bismo omogućili stvaranje pametnih proteza i implanata. “Biološke strukture su mekane I gnjecav, napravljene većinom od vode i organskih molekula, dok konvencionalni električni delovi su teški i suvi, napravljeni većinom od metala, poluprovodnika i neorganskih delova. Razlike u fizičkom i hemijskom sastavu ove dve vrste materijala ne bi mogle biti izraženije”, dodao je.

Gotovo uvo napravljeno je od navojne antene unutar hrskavične strukture. Dve žice, vode se od baze uveta i navijaju oko spiralnog puža (kohlea) – dela uveta koji ima ulogu da prepozna zvuk, koji može da se spoji sa elektrodama. Iako Mekalpin upozorava da bi trebalo proširiti testiranje pre nego što se tehnologija iskoristi na pacijentu, Garsias kaže da ovaj proizvod u principu može odmah da se iskoristi za zamenu ili unapređenje ljudskog sluha. On je dodao da električni signali proizvedeni od strane uveta mogu da se spoje sa pacijentovim nervnim završetcima. Trenutni sistem prima radio talase, ali on je rekao da istraživački tim planira da doda i druge materijale, kao na primer električne senzore osetljive na pritisak, koji bi omogućili uvetu da registruje akustične zvukove.

Pored Mekalpina, Verma, Manora i Garcijasa, istraživački tim je obuhvatao i: Vinstona Sobahejo (Winston Sobayejo), profesora na mehaničkom i aero-kosmičkom inženjerstvu na Prinstonu, Karen Malatesta, studenta molekularne biologije na Prinstonu, Jong Lin Konga (Yong Lin Kong), diplomiranog studenta na mehaničkom i aero-kosmičkom inđenjerstvu na Prinstonu i Tinu James (Teena James), diplomirani student na hemijskom i biomolekularnom inženjerstvu na John Hopkins.

Tim je takođe imao i Ziven Jianga (Ziwen Jiang), srednjoškolca iz Pedi škole u Hajctaunu (Peddie School in Hightstown), koji je bio deo naprednog programa za mlade istraživače Mekalpine laboratorije.
Ziven Jiang je jedan od najspektakularnijih srednjoškolaca koga sam ikada video”, izjavio je Mekalpin. “Ovaj projekat ne bismo uspeli da završimo da nije bilo njega, naročito njegovog znanja u CAD dizajniranju biološkog uveta”.

Kako ćemo izumreti?

Da li će ljudi sami sebe uništiti?

Koje su to najveće globalne opasnosti po ljude? Da li smo na granici da sami sebi presudimo?

Internacionalni tm naučnika, matematičara i filozofa sa Instituta za ljudsku budućnost na Oksfor univerzitetu (Oxfrord University’s Future of Humanity Institute) istražuje najveće pretnje po ljudsku populaciju. U članku “Egzistencijalan rizik kao globalni prioritet”, raspravljali su o tome kako bi internacionalni političari, tačnije svetkse vođe, trebalo da ozbiljno povedu računa kada je reč o riziku izumiranja ljudkse vrste.

Prošle godine bilo je više akademskih člankaka o snowboarding-u nego o ljudskom izumiranju.

Švedski direktor instituta, Nik Bostrom (Nick Bostorm), izjavio je koliko je bitno da povedemo računa o nekim stvarima, jer možda ne dočekamo sledeći vek.

Mnogo toga smo prošli, a opet smo preživeli…
Dakle koje su to onda najveće pretnje?

Prvo par dobrih vesti. Pandemije i prirodne katastrofe mogu nam naneti katastrofalne gubitke, ali Bostrom veruje da bismo ih najverovatnije preživeli. Kao vrsta, već smo proživeli nekoliko hiljada godina bolesti, gladovanja, poplava, predatora, proganjanja, zemljotresa i prirodnih promena. Tako da su šanse na našoj strani. Takođe, veoma su male šanse da nestanemo od posledice udara asteroida ili erupcije super vulkana.

Procenjuje se da 99% vrsta koje su ikada postojale su do sada izumrle.

Procenjuje se da 99% vrsta koje su ikada postojale su do sada izumrle.

Čak i gubitci u 20. veku tokom dva velika rata, kao i čuvena epidemija gripa u Španiji, nisu uspeli da zaustave globalizaciju ljudske populacije.
Nuklearni rat bi mogao da nanese užasna razaranja, ali dovoljno pojedinaca bi preživelo tako da bi mogli da omoguće opstanak naše vrste.

Ako su sve ovo bile dobre vesti, čega onda treba da se plašimo?

Bostrom veruje da smo ušli u neku novu vrstu tehnološle ere, koja ima kapacitet da ugrozi našu budućnost kao niko pre. O ovakvim pretnjama nemamo nikakve podatke, ništa što bi nam pomoglo da se snađemo i preživimo.

Gubitak kontrole

U poređenju sa opasnošću kada date detetu oružije u ruke, napredna tehnologija nam polako izmiče iz kontrole i mogućnosti da je obuzdamo.

Eksperimenti u oblastima kao što su sintetička biologija, nanotehnologija i veštačka inteligencija, kreću se ka teritoriji koja je neistražena i nepredvidiva.

Sintetička biologija, gde biologija susreće inženjerstvo, obećava velike medicinske benefite. Ali Bostrom je zabrinut za nepredviđene posledice u manipulaciji granica ljudske biologije.

Nanotehnologija, koja radi na molekularnom ili atomskom nivou, bi takođe mogla postati veoma destruktivna ako se bude koristila u ratovima. Bostrom je napisao da će buduće vlade imati glavni izaziov kada je reč o kontrolisanju i ograničavanju zloupotreba. Podjednako, postoji strah i kod veštačke inteligencije, kako će ona u budućnosti reagovati na spoljni svet.

Takva “kompjuterska inteligencija” mogla bi biti jak instument u industriji, medicini, poloprivredi ili upravljanju ekonomijom. Ali takođe bi mogla biti nešto sasvim drugačije ako izmakne kontroli.

Spontane posledice
Ovo nisu nagađanja već činjenice.

Šon o Hegertah (Sean O’Heigeartaigh), genetičar pri institutu, povlači analogiju sa algoritmima korišćenim u automatskom trgovanju na berzama.

Ove matematičke veze mogu imati direktne i destruktivne posledice po “prave” ekonomije i “prave” ljude. Takvi kompjuterski sistemi mogu manipulisati stvarnim svetom, dodaje Hegerrah, koji je studirao molekularnu evoluciju na Triniti koledžu u Dablinu (Molecular evolution at Trinity College Dublin).

On se brine o pogrešno vođenim dobrim namerama kada je reč o rizicima u biološkom ispitivanju kao što su eksperimenti na genetskim modifikacijama, rasklapanje i ponovno sklapanje genetskih struktura.

Genetski modifikovana hrana je deo bioinženjeringa.

Genetski modifikovana hrana je deo bioinženjeringa.

“Malo je verovatno da bi neko želeo da stvori nešto loše”, dodao je, ali uvek postoji rizik kao i spontane posledice događaja koji bi mogli naškoditi drugim sredinama ukoliko budu prebačeni u iste.

“Mi razvijamo stvari koje bi mogle otići u pogrešnom smeru”, dodao je.

“Sa bilo kojom novom moćnom tehnologijom, moramo prvo veoma dobro razmisliti šta znamo o njoj – ali bi možda bilo znatno bitnije razmisliti o tome šta zapravo ne znamo o njoj”

Lančana reakcija

Ova grupa naučnika priča o kompjuterima koji su sposobni da naprave daleko naprednije i jače kompjutere. Neće se desiti da ove mašine odjednom razviju smisao za sarkazam i loše ponašanje, ali istraživač Daniel Divej (Daniel Dewey) govori o “eksploziji inteligencije” gde ubrzano širenje kompjuterske moći postaje sve manje predvidivo i kontrolisano.

“Veštačka inteligencija je jedna od tehnologija koja stavlja sve veću i veću moć u sve manji prostor”, dodaje Divej, Američki ekspert za veštačku inteligenciju koji je prethodno radio za Gugl (Google).

Koliko smo zapravo daleko od ovakvih stvari?

Koliko smo zapravo daleko od ovakvih stvari?

Zajedno sa bio i nano tehnologijom možete uraditi nezamislive stvari koje bi sa veoma malo resursa imale uticaja na ceo svet. Oksfordski institut za budućnost čovečanstva je deo trenda koji fokusira naučnike da se pozabave ovim pitanjima. Institut je pokrenut od strane Oksfrodske Martin Škole (Oxford Martin School), i ona povezuje akademike iz različitih oblasti sa ciljem da odgovore na ovakve globalne promene.

Sličnu ambiciiju imaju i na Kembridž univerzitetu (Cambridge University) da ispitaju ovakve opasnosti po ljudski opstanak.

Lord Ris (Lord Rees), astronom kraljevskog porekla i bivši predsednik kreljevskog udruženja, podržava planove za istraživanje egzistencijalnog rizika.
“Ovo je prvi vek gde se ljudi susreću sa pretnjom od njih samih”, dodao je Lord Ris.
Izjavio je da dok mi brinemo o neposrednim individualnim rizicima, kao što su putovanje avionom ili brizi o hrani, izgleda da imamo problem kod prepoznavanja mnogo većih pretnji.

Zabluda ili strah

Lord Ris takođe podseća na posledice sintetičke biologije.

“Sa svakom novom tehnologijom dobijamo mnogo, ali takođe dobijamo i rizik”, izjavio je. Proizvodnja novih organizama za poljoprivredu i medicini mogli bi imati nepredvidive, ekološke, propratne efekte, dodao je. “Pitanje je samo mere. Nalazimo se u mnogo povezanijem svetu, sa olakšanim transportom, gde se vesti i glasine šire brzinom svetlosti. Samim tim posledice zabluda ili strahova su mnogo veće nego u prošlosti”.

Lord Ris zajedno sa filozofom sa Kembridž univerziteta Hju Prajsom (Huw Price) i ekonomistom Partom Dazguptom (Partha Dasguptha) i Skajp (Skype) osnivačem Janom Talinom (Jaan Tallinn), želi da ponudi centru za studije o egzistencijalnom riziku da procene ove pretnje.

Dakle, da li treba da budemo zabrinuti?

Bostrom kaže da postoji pukotina između brzine tehnološkog razvoja i našeg razumevanja i primene te tehnologije. “Imamo odgovornost kao deca, nasuprot tehnoloških kapaciteta odraslih osoba”, dodao je. Na kraju, rizik od opasnosti nije nam na radaru, ali promene nam dolaze, bili mi spremni ili ne”.

Može se desiti da dođe do katastrofičnog kraja ili da se transformišemo u nešto mnogo jače i razvijenije, preuzimajući mnogo veću kontrolu nad našom biologijom.

“Nije naučna fantastika ili religijsko načelo, niti konverzacija u sitne sate u kafani. Ovo jednostavno moramo da shvatimo ozbiljno”.

Sunčeva svetlost proizvodi paru iz ledene vode

Naučnici univerziteta Rice su otkrili novu, vrlo naprednu, tehnologiju koja koristi nano čestice za direktno pretvaranje solarne energije u paru. Nova „solar steam“ (sunčeva para) metoda koja je osmišljena u laboratoriji univerziteta (Rice’s Laboratory for Nanophotonics – LANP) je toliko efikasna da može, čak proizvesti paru iz ledeno hladne vode.

Detalji ovog metoda su objavljeni novembra meseca ove godine u Internet časopisu ACS Nano. Efikasnost tehnologije je procenjena na 24%. Solarne ćelije (fotovoltaične), poređenja radi, u proseku postižu efikasnost od 15%. Međutim, istraživači sunčeve pare ne očekuju da će prva primena njihove tehnologije biti vezana za stvaranje električne energije, nego pre za sanaciju i prečišćavanje u zemljama u razvoju.

„Cela stvar je više od električne energije“ kaže šef laboratorije LANP, Naomi Halas (Naomi Halas), inače vođa celog projekta. „Sa ovom tehnologijom možemo početi da razmišljamo toplotnoj energiji Sunca na potpuno nov način.“

Oara Neumann levo i Naoumi Halas su koautori na novom istraživanju koje se bavi proučavanjem vrlo efikasnih metoda koje pretvaraju sunčevu svetlost u toplotu. Očekuju da će njihova tehnologija imati početni uticaj na razvoj izuzetno malih sistema za obrdu ljudskog otpada i to za zemlje gde fale infrastrukture kao što je električna energija ili kanalizacija: Foto: Jeff Fitlow

Efikasnost sunčeve pare je posledica rada nano čestica koje su u stanju da nadolazeću svetlost Sunca pretvore u toplotu. Kada se ove čestice potope u vodu i izlože sunčevoj svetlosti, one toliko brzo zagreju vodu da se ona momentalno zagreva do temperature pri kojoj voda isparava – dobija se vodena para. Halas kaže da solarna para ima nivo efikasnosti koji se može unaprediti poboljšavanjem same tehnologije.

„Krećemo od zagrevanja vode na makro nivou, da bi je zatim zagrejali na nano skali.“ kaže Halas. „Naše čestice su vrlo male – manje nego talasna dužina same svetlosti – što znači da imaju izuzetno malu površinu koja bi rasipala toplotu.“ Intenzivno lokalno zagrevanje generiše paru na lokalnom nivou, tačno na površini nano čestice, i ideja da se para proizvodi na nivou dela sistema (čerstice) je suprotna od intuitivne.“

Da bi pokazali kako je ceo proces ne intuitivan, saradnik na projektu Oara Njuman (Oara Neuman) je snimila film demonstracije solarne pare. U tom opitu, probna cev u kojoj su se nalazile pomenute nano čestice je potopljena u kupku ledene vode. Koristeći samo sočivo da bi se koncentrisala sunčeva svetlost na skoro smrznutu mešavinu u cevi, Njuman je pokazala da je u stanju da proizvede paru iz skoro smrznute vode.

dfs

Para je najviše korišćeni fluid u industriji. Oko 90 procenata električne energije se proizvodi zahvaljujući pari, a sem toga para se koristi za sterilisanje medicinskog otpada i hirurških instrumenata, da se pripremi hrana i da se pročisti voda.

Sistem sunčeva para koji se razvijen na univerzitetu Rice ima sveukupni nivo efikasnosti od 24 procenata. To znači da od ukupnih 100 posto energije koji je ušao u sistem, 24 procenata biva iskorišćeno za obavljanje nekog procesa ili za zagrevanje nekog drugog sistema. Ovaj rezultat poprilično prevazilazi mogućnosti najmodernijih solarnih ćelija. Verovatno će biti prvo iskorišćen za sanaciju i prečišćavanje vode u zemljama u razvoju. Foto: Jeff Fitlow.

Ljudi u zemljama u razvoju će biti prvi koji će osetiti prednosti sunčeve pare.  Inženjeri univerziteta Rice su već napravili autoklav koji pokreće sunčeva para, a koji je u stanju da steriliše medicinske i zubarske instrumente na klinikama koje nemaju pristup električnoj energiji. Halas je dobila nagradu Grand Challenges grant iz fondacije Bill i Melinda Gates za stvaranje izuzetno malog sistema za obradu ljudskog otpada u oblastima gde nema kanalizacionih sistema ili struje.

„Solarna para je izuzetna zbog svoje efikasnosti“, kaže Njuman, vodeći koautor na naučnom radu. „Nije neophodna velika količina ogledala ili solarnih panela. U stvari, cela aparatura može biti jako mala. Na primer, propusni prozor prilikom naše demonstracije je bio veliki svega nekoliko kvadratnih centimetara.“

Još jedan moguća primena nove tehnologije je u opsluživanju hibridnih rashladnih i sistema za zagrejavanje koji se pokreću preko dana zahvaljujući sunčevoj energiji, a tokom noći koriste električnu energiju. Halas, Njuman i njihove kolege su takođe sprovele eksperiment destilacije i otkrile da je sunčeva para oko dva i po puta efikasnija od postojećih destilacionih sistema.

Halas, Profesor kompjuterskog i električnog inženjeringa, profesor fizike, hemije i bio medicine je jedan od je najčešće citirani hemičar današnjice. U laboratoriji u kojoj radi istraživači su se specijalizovali u stvaranju i proučavanju čestica čije se funkcije aktiviraju pod uticajem svetlosti. Jedna od njenih kreacija – zlatna nano ljuska – je na kliničkim testovima kao potencijalni lek za rak.

Prilikom koncipiranja tehnologije lečenja raka i mnogih drugih tehnologija, Halasin tim bira da radi sa česticama koje interaguju sa vrlo malim brojem različitih talasnih dužina svetlosti. Kada je u pitanju sunčeva para, Halas i Njuman su se odlučile za česticu koja je u stanju da interaguje sa što većim opsegom talasnih dužina sunčeve svetlosti. Ove, nove nano čestice mogu biti aktivirane sa vidljivom svetlošću i sa svetlosnim dužinama svetlosti koje nisu vidljive golim okom.

„Mi ne menjamo bilo koji od zakona termodinamike“, kaže Halas. „Mi samo zagrevamo vodu na radikalno drugačiji način.“