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.“

Grenland je izgubio svoj snežni pokrivač… skoro

Led na Grenlandu se topi Izvor: Jesse Allen, NASA Earth Observatory and Nicolo E. DiGirolamo, SSAI and Cryospheric Sciences Laboratory

Leto na severnoj hemisferi je zaista vrelo i dok u određenim delovima sveta se svakodnevno obaraju temperaturni rekordi, najintenzivni rezultat je postignut na ostrvu Grenland. Celih 97% procenata ledenog pokrivača na tom delu sveta se istopilo i pretovrilo u žitko blato. Još neobičnija stvar sledi – to je sasvim normalan pridodan proces – za sada.

Stanje na Grenaldu se redovno prati iz godine u godinu, i gubitci ledenog pokrivača se svake godine dešavaju, ali ne u ovolikoj razmeri. Naučnici iz laboratorije agencije NASA koji su prvi primetili ovo drastično otapanje su morali da traže potvrdu od drugih institucija jer su pomislili da je u pitanju kvar njihove satelitske opreme.

Do 8. Jula, prema satelitskim slikama, otpilo se 40 procernata leda, a samo 4 dana kasnije, procenat istopljenog leda je iznosio 97%.

Poznato je da se skoro istoventna situacija desila 1889. godine i po svemu što se sada može videti stvar je u granicama očekivanog. „Analiza satelitskih slika je ukazala da se skoro potpuno topljenje leda na Grenlandu dešava jednom u 150 godina“, tvrdi Lora Koeng (Lora Koeng) stručnjak pri NASA laboratoriji Goddard.

Istraživači i dalje ne znaju kako će se ova značajna promena odraziti na variranje nivoa svetskog mora, ali ako se desi opet u nekoliko narednih godina, to bi moglo značiti ozbiljno narušavanje ledenog pokrova. Takav sled događaja bi bio motiv za ozbiljnu zabrinutost i podrobnije izučavanje.

Globalno zagrevanje pogoršava vreme na planeti? NASA kaže – DA!

Globalno zagrevanje, bez ikakve sumnje menja uslove života na planeti sa boljeg na gore. Međutim, i dan danas je jako teško utvrditi koji vremenski uslovi i događaji doprinose tom pogubnom zagrevanju. Skoro se pojavio vrlo analitičan rad koji je napisao stariji naučnik klimatologije pri agenciji NASA Džejms E. Hansen (James E. Hansen). Ovaj naučnik kaže (u svom radu), da je globalno zagrevanje skoro potpuno posledica toplotnih talasa, koje neprestano beležimo tokom zadnje decenije.

Sam rad ističe neke od prošlih događaja. Prošlogodišnji vreli talas koji je pogodio Teksas i talas vreline koji je 2003. godine prošao preko Evrope su skoro sigurno izazvani sistematskim promenama klime. Možemo tvrditi sa visokim nivoom sigurnosti da se ovi događaji ne bi desili da nije efekata gasova koji prouzrokuju efekat staklene bašte.

Studija je ispitala ekstremne vremenske prilike od 1951. do 1980. godine, i uporedila ih sa događajima istog tipa za naredni period – od 1980. do 2011. godine. Ispostavilo se da je tokom ranijeg perioda bilo pogođeno samo 2% sveta sa ekstremnim vremenskim prilikama, a tokom poslednjih 30 godina taj procent je negde između 4 i 13 procenata. Po autoru rada, to predstavlja dovoljno da se zaključi da su skorašnji loši uslovi na Zemlji posledica globalnog zagrevanja.

Neki drugi naučnici, koji proučavaju promenu klime, dosta kritički gledaju ovu analizu, tvrdeći da korelacija između globalnog zagrevanja i posebno ekstremnih vremenskih uslova nije dovoljno velika da bi postojala veza između njih.

Drugim rečima, i dalje nemamo dovoljno podataka da bismo mogli da postavimo uzročno posledičnu vezu između globalnog zagrevanja i pogoršanja vremenskih uslova na planeti.

Klimatski eksperiment – pumpanjem vode u atmosferu uticalo bi se na globalnu promenu klime

Zvuči šašavo, ali naša planeta će se tako ohladiti.

Možda…

Ideja je sledeća. Uzmete mnogo veliki balon (veličine fudbalskog stadiona), pošaljete ga na visinu od 20 km iznad površine Zemlje, povežete ga sa zemljom gigantskim crevom, kroz koji će te pumpati ogromnu količinu sitnih čestica. Zašto? Pa, jednostavno. Sa toliko čestica u stratosferi, sunčevi zraci se neće tako lako probijati do površine planete i, samim tim, biće manje zagrevanje. To bi, ukratko bio veliki plan i odgovor na globalno zagrevanje.

Prikaz koncepta "hlađenja" klime na Zemlji koristeći kao inspiraciju efekat, koji nastaje prilikom erupcija vulkana

Pa, opet, tim britanskih akademika je već preuzeo prve korake ka realizovanju opisane ideje. Sprovođenje ovako velikih projekata, čije se posledice mogu osetiti na globalnom nivo se mogu svrstati u kategoriju geo-inženjeringa. Inspiracija za ovakav poduhvata je nađena u efektu koji imaju dešavanja posle vulkanske erupcije. Velika količina čestica koju izbaci vulkanska erupcija efektivno smanjuje priliv sunčevih zraka. Veliki balon i rasejavanje čestica po stratosferi je, ništa drugo, nego kopiranje tog efekta u kontrolisanim uslovima.

Pre nego što se pristupi izvođenju potpunog sistema, prvo je neophodno testirati princip na manjem modelu. Podržan sa 1,6£ miliona vladinog novca, naučnici će poslati balon na visinu od 1 km na nekoj lokaciji na moru. Crevo će prenositi ništa drugo do vodu, ali će to istraživačima omogućiti da provere tehničku izvodljivost celog plana. Krajnji cilj je da se testira uticaj aerosol čestica kada se jednom nađu u stratosferi.

Unutar organizacije SPICE (Stratospheric particle injection for climate engineering), osnovane od strane britanske vlade, neki istraživači su razmatrali druge ideje i metode dovođenja velikog broja aerosol čestica na velike visine. Razmatrane su rakete, visoki dimnjaci, avioni, ali je pristup u kome se koristi balon pokazao najviše potencijala, i najmanje problema prilikom izvođenja. Naravno, to je sve još uvek u teoriji. Istraživače finansira inženjerski i fizičarski istraživački konzilijum (Engineering and Physical Sciences Research Council).

„Ukupna masa cele instalacije će biti nekoliko stotina tona. To je težina od nekoliko duplih autobusa. Zamislite, samo, koliki to balon mora biti, da bi držao zapreminu nekoliko duplih autobusa – zaista mora biti veliki. Pričamo o prečniku od 100-200 m.“ kaže Oksfordski predavač na odseku za inženjerstvo Hju Hant (Hugh Hunt).

„Crevo će biti kao ono što se koristi u bašti, samo 20 km dugačko, i pumpaćemo materijal kroz njega. Važno je da ćemo imati ventil na njemu s kojim ćemo moći da kontrolišemo protok čestica do stratosfere.“

Tvrdi se da balonski eksperiment neće imati uticaja na atmosferu, a sem toga omogući će da se testira i tzv „beljenje oblaka na niskim visinama“, geo-inženjerska metoda koju podržava, ni manje, ni više sam Bil Gejts (Bill Gates), vlasnik i direktor kompanije Microsoft. Osnova metode beljenja oblaka je tome da se poveća odbojna moć oblaka na nižim visinama, i samim tim, povećavajući procenat sunčevih zraka koji će se odbiti, smanjiti opšte zagrevanje tla. Koristila bi se slana voda, a kristali soli koji bi se našli u vazduhu bi difuzno odbijali svetlost, čineći oblak beljim.

Kako god da prođe cela stvar, postoji dosta negodovanja u Britaniji i Americi, vezano za sprovođenje ovog projekta. Pogotovo, ako se sprovede na nivou cele planete, tačnije, da se posledice osete preko celog globusa. Prvenstveno se ističe uticaj na padavine, i indirektno, na promenjene uslove koje bi se odrazili na proizvodnju hrane. Čak i da se metoda pokaže uspešnom, ona i dalje ne daje rešenje za nakupljeni  ugljen dioksid (CO2) u atmosferi. Ovaj gas je odgovoran za povećanu kiselost mora.

„Ovde nije samo veliko crevo koje visi, to se dešava i sa celim planom. Ceo projekat predstavlja veliko bacanje para i vremena i kazuje na to da Ujedinjeno Kraljevstvo ne obraća pažnju na direktive Ujedinjenih Nacija. Nema neku korisnu svrhu i ne bi trebalo dozvoliti da se sprovede ovaj plan.“, kaže Pat Muni (Pat Moony), predsedavajući ETC grupe iz Kanade, ne vladine organizacije koja se zalaže za socijalno odgovorno razvijanje i korišćenje tehnologije.

Slično tome stavu, Majk Čajlds (Mike Childs), vođa organizacije zelenih Friends of the Earth kaže: “Rado ćemo pogledati nove tehnologije koje će smanjiti prisustvo ugljen dioksida (CO2) u vazduhu, ali nam, zaista, nisu potrebne lebdeće šeme koje će reflektovati sunčevu svetlost nazad u svemir, kada nemamo ideju kako će se to odraziti na ceo klimatski sistem na planeti.“

Međutim, princip geo-inženjeringa na nivou planete podržava Sir Martin Ris (Sir Martin Rees), nekadašnji predsednik Kraljevskog Udruženja, koje je u svom izveštaju iz 2009. godine zaključilo da bi bilo dobro imati „plan B“, ako vlada ne smanji emisije određenih gasova.

Sveukupno gledano, opšta reakcija na predloženu ideju je pretežno negativna, i ako se sa druge stane slažu da celu stvar treba sprovesti u delo iz čisto istraživačkih pobuda. Emitovanje čestica u stratosferu, kao koncept, je za većinu neprihvatljiva ideja.

Prema poslednjim informacijama, ceo eksperiment sa balonom je trebao biti sproveden tokom oktobra meseca, ali, iako se desio, rezultati još nisu dostupni.

Sem toga postoje još neke ideje kako poboljšati klimatsku situaciju na planeti, sve u domenu geo-inženjeringa.

Potencijalna rešenja geo-inženjeringa

„Hranjenje“ okeana

Milione i milione gvozdenih plombi bi trebalo postaviti u okeane da se pospešio razvoj fitoplanktona (phytoplankton). Cilj bi bio da se pojača biološka produktivnost i aktivnost i na taj način „izvuče“ CO2 iz atmosfere. Mnogi eksperimenti su sprovedeni, uključujući i obogaćivanje 900 km2 Atlantika. Rezultati su bili razočaravajući.

Svemirska ogledala

Ogromna ogledala, bi mogla biti postavljena u orbitu oko Zemlje, i ona bi odbijala sunčeve zrake.  Međutim, njihova količina, troškovi i potencijalne posledice primene predstavljaju prevelike probleme. Ova ideja se smatra ne realističnom i u rangu je sa kopanjem Meseca da bi se stvorio zaštitni oblak prašine oko planete.

Izbeljivanje oblaka

Već pomenuta ideja povećanja udela vode u nižim oblacima bi učinila da oblaci više reflektuju sunčevu svetlost. Metoda bi bila bezopasna i jeftina, ali mora biti sprovedena na nivou cele planete da bi dala ikakv rezultat. Podržano od strane Bil Gejtsa.

Veštačko drveće

Klimatolog Valace Broker (Wallace Broecker) je predložio 60 metara visoko veštačko drveće, postavljeno svuda po svetu, koje bi „izvlačilo“ CO2 iz vazduha primenom filtra, i zatim bi ga uskladištilo pod zemlju. Ovo drveće bi moglo eliminisati više ugljen dioksida iz vazduha nego odgovarajuće živo drveće.

Albino efekat

Ova ideja je posebno otkačena. Po njoj, učinili bi ceo svet svetlijim, bojenjem puteva u belo, bacanjem samo svetlo bojenog otpada u okeane, genetski modifikovati žitarice da budu svetlije, postaviti odbijajuće (po svetlost) slojeve plastike po pustinji. Sve to bi učinilo da se više sunčevih zraka odbije nazad u svemir.

Zarobljavanje i skladištenje ugljenika

Ugljen dioksid koji nastaje prilikom upotrebe fosilnih goriva u električnim postrojenjima bi se skupljao na samom kraju procesa i uskladištio pod zemljom. Ova metoda funkcioniše, ali povećava  potrebe ovih postrojenja za neophodnim gorivom za 25-40%, što je zaista mnogo.