Как получить атмосферное электричество: Добываем электричество из воздуха в промышленных масштабах

Содержание

Добываем электричество из воздуха в промышленных масштабах

Прошли новогодние праздники, отгорели гирляндами елки и пришли счета за электричество. Обогрев на основе электроконвекторов не перестает меня радовать общей стоимостью системы отопления загородного дома, но мысль о бесплатных киловатт-часах становится навязчивой. Поделюсь еще одной находкой из области очевидного и невероятного.

В этот раз электричество будем добывать непосредственно из воздуха. Про электростатические разряды все знают – если погладить пушистую кошку, а потом этой же рукой взяться за металлическую дверную ручку, то ударит током. Более интересный вариант – сняв шерстяной свитер, помыть руки водой из водопроводного крана. Она, оказывается, тоже бьется статическими разрядами! Но мы сегодня не об этом. Давайте упрощенно представим, как выглядит наша планета: твердая сфера – мы здесь, атмосфера – здесь летают птицы, ионосфера – здесь летают заряженные частицы. 

Верхние слои атмосферы называют ионосферой не просто так – в ней очень много положительно заряженных частиц – ионов. Считается, что сама планета, в свою очередь, заряжена отрицательно. Отсюда и «заземление» — подключение отрицательного полюса в полярной электрической схеме к «земле».

Теперь, если представить нашу планету в виде сферического конденсатора (в вакууме), то получится, что он состоит из двух обкладок – положительно заряженной ионосферы и отрицательно заряженной поверхности земли. Атмосфера играет роль изолятора. Через атмосферу постоянно протекают ионные и конвективные токи утечки этого «конденсатора». Но, несмотря на это, разность потенциалов между «обкладками» не уменьшается. Мы по прежнему наблюдаем молнии, полярные сияния, да и ионов меньше не становится.

Это значит, что существует некий генератор, который постоянно подзаряжает эту систему. Таким генератором является магнитное поле Земли, которое вращается вместе с нашей планетой, и солнечный ветер, ионизирующий верхние слои атмосферы. Если каким-либо способом подключить к этому генератору полезную нагрузку, мы получим практически вечный и бесплатный источник электроэнергии. 

Разность потенциалов атмосферы и земной поверхности может достигать от сотен до сотен тысяч вольт на разных высотах и в разное время года. Принципиальная схема «электростанции» в таком случае предельно проста: строим высокий столб-проводник (или поднимаем кабель аэростатом), хорошенько его заземляем и разрезаем у основания на нужной нам высоте. Верхняя часть столба будет иметь положительный заряд, нижняя- отрицательный. При помощи трансформаторов снижаем напряжение до нужных нам величин, попутно увеличив силу тока…и вроде как бы все. Включаем полезную нагрузку и радуемся.

Но в этой простоте и кроется вся хитрость. Проблема 1: высота проводника. Считается, что напряженность электрического поля планеты наиболее сильна у поверхности, т.е. на высоте 100-150 м. Выше строить сложно, хотя всегда есть аэростаты…Проблема 2, она же главная: чтобы по нашему проводнику пошел ток, т.е. движение электронов от отрицательного полюса к положительному, этот самый положительный полюс там должен быть. А если мы просто построим заземленный металлический столб, то электрическое поле в лице атмосферы его обойдет, «приняв» за новую точку поверхности земли. Таким образом, электроны, которые должны были бы двигаться снизу, от заземленной поверхности по проводнику вверх, к положительно заряженным ионам в атмосфере, этого делать не будут потому, что не смогут покинуть верхнюю часть проводника. Они останутся «запертыми» в нем, чем и обеспечится нейтральный заряд всей системы. 

Грубо говоря, с металла (проводника) через воздух и в воздух ток просто так не проходит. Если совсем заумно, то есть такие штуки, как векторы напряженности электрического поля. Векторы напряженности поля проводника направлены вверх, а векторы напряженности эл. поля атмосферы направлены вниз. Они встречаются в верхней точке проводника и складываясь, компенсируют друг друга. Общий заряд системы нейтрален, однако на кончике проводника сконцентрирована наибольшая напряженность электрического поля. 

Электроны не могут покинуть верхнюю точку проводника сами по себе, у них недостаточно энергии для того, чтобы покинуть проводник. Эта энергия называется работой выхода электрона из проводника и для большинства металлов она составляет менее 5 электронвольт, но даже ее пока взять неоткуда. А если помочь электронам покинуть проводник? Тогда все заработает – электроны будут подниматься вверх, захватываться электрическим полем и по проводнику пойдет ток. Нужно только постоянно помогать им в этом процессе. Весь фокус в устройстве, которое бы освобождало электроны из проводника в атмосферу и делало это постоянно.

Нам, получается, нужен трансформатор — проводник электронов в атмосферу. И такое чудо есть – катушки Тесла. Если избыточные электроны направлять в атмосферу при помощи коронных разрядов, или плазменной дуги или еще чего-то такого же плазменного, электроны будут покидать поверхность проводника и переходить в атмосферу по воздуху, еще как.

<

p align=»center»>

Совсем упрощенно – коронным разрядом на верхушке нашего столба мы соединим обкладки «кондесатора», плазменная дуга – тот самый проводник, которым можно соединить отрицательно заряженный металл заземленного проводника с положительно заряженной атмосферой…живой пример – молния, ударившая в громоотвод.

Электростанции-столбы с генераторами тесла на верхушках, уходящие на сотни метров в высоту – выглядит футуристично, технократично и канонично! Мне эта картинка так нравится, что я не буду портить ее расчетами и формулами. Любопытные все найдут сами. И на всякий случай – первооткрывателем стать не получится, технологию недавно запатентовали.

Атмосферное электричество — Энергетика и промышленность России — № 09 (317) май 2017 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 09 (317) май 2017 года

Одним из первых проводил опыты с воздушным электричеством Бенджамин Франклин – ученый и политический деятель, знакомый нам по портрету на стодолларовой купюре. Он изучал природу молний, запуская воздушного змея в грозу. Кстати, именно он изобрел громоотвод, конструкция которого практически не изменилась до наших дней, и ряд электростатических моторов.

Одновременно подобные опыты проводились и в других странах. Так, например, в России был убит молнией сподвижник Ломоносова Георг Рихман, когда в воздух поднимали провода, чтобы продемонстрировать, что электричество накапливается в облаках.

Земля – конденсатор

Сейчас природа атмосферного электричества достаточно хорошо изучена. Однако попытки использовать ее на благо человечества не прекращаются. Что вполне понятно: задачи получения «бесплатной» энергии волновали людей всегда.

Земля – хороший проводник электричества. Как и верхний слой атмосферы – ионосфера. Нижний же слой атмосферы обычно не проводит электричество, является электрическим изолятором. По сути – диэлектриком. Таким образом, планета и слои атмосферы являются огромным конденсатором, способным накапливать электроэнергию, подобно электрическому полю. Гигантский конденсатор постоянно заряжается в одних регионах и разряжается в других, создавая глобальный электрический контур. Таким образом, вероятно, вполне возможно создать атмосферную электростанцию, чтобы получать электричество из воздуха.

В нижних слоях атмосферы Земли идут интенсивные процессы испарения, переноса тепла и влаги, образования облаков, сопровождающиеся явлениями электризации. Молнии и осадки также переносят к земле отрицательный заряд. В результате, у поверхности Земли напряженность электростатического поля достигает 100‑150 В / м летом и до 300 В / м зимой. Перед грозой регистрируют напряженность поля до десятков киловольт на метр и выше! Мы почти не чувствуем этого поля просто потому, что воздух – хороший изолятор.

Таким образом, в вероятности, вполне возможно создать атмосферную электростанцию, чтобы получать электричество из воздуха.

Станция из воздушных шаров

Как могла бы выглядеть атмосферная электростанция? Один из возможных способов ее создания состоит в запуске в атмосферу группы высотных воздушных шаров, способных притягивать электричество. Эти шары соединяются электропроводами, которые также закрепляют их на земле в резервуарах, содержащих раствор воды и электролита. Если такой шар поднимется до нижних ионизированных слоев атмосферы, постоянный электрический ток потечет по проводу через растворенный электролит, что приведет к разложению воды на водород и кислород. Далее эти газы можно будет собрать так же, как в любом другом электролитическом устройстве. Водород можно использовать в качестве горючего для топливных элементов или для автомобилей на водородном топливе.

Эксперименты с аэростатами, изготовленными из тонких листов магниево-алюминиевого сплава, покрытого очень острыми, электролитическим способом изготовленными иглами, провел в Финляндии доктор Герман Плаусон. Иглы содержали также примесь радия, чтобы увеличить местную ионизацию воздуха. Поверхность аэростата также красили цинковой амальгамой, которая в солнечную погоду давала дополнительный ток вследствие фотоэффекта.

Плаусон получил мощность 0,72 кВт от одного аэростата и 3,4 кВт от двух, поднятых на высоту 300 м. На свои устройства он в 1920‑х гг. получил патенты США, Великобритании и Германии. Его книга «Получение и применение атмосферного электричества» содержит детальное описание всей технологии.

Доводы скептиков

Но действительно ли запасы электричества Земли велики?

По мнению скептиков, множество проектов по использованию электрического поля планеты опираются на совершенно мифические механизмы отбора энергии от глобального конденсатора.

Для начала стоит заметить, что возникают противоречия в подсчете емкости конденсатора, образованного поверхностью Земли и ионосферой (расхождение результатов – более чем в 1000 раз!).

Земной конденсатор заряжен до напряжения приблизительно 300 кВ, причем поверхность Земли имеет отрицательный заряд, а ионосфера – положительный. Напряженность поля между «обкладками» такого конденсатора составляет 120‑150 В / м у поверхности и резко падает с высотой.

Как у всякого конденсатора, в нем имеются токи утечки. Эти токи очень малы. Но пересчет на всю поверхность Земли дает суммарный ток утечки около 1800 А. А электрический заряд Земли оценивается в 5,7×105 степени кулон. То есть земной конденсатор должен разрядиться всего за 8‑10 мин.

На практике мы подобной картины не наблюдаем. Значит, существует некий природный генератор, мощностью более 700 МВт, компенсирующий потерю заряда системы Земля – ионосфера.

Современная наука оказалась бессильной объяснить механизмы подзарядки конденсатора. На сегодня существует более десяти гипотез, описывающих механизмы и процессы поддержания постоянного заряда Земли. Но экспериментальная проверка и уточненные расчеты показывают недостаточность количества вырабатываемых зарядов для поддержания стабильного значения поля Земли.

В числе кандидатов на генераторы зарядов рассматривались грозы, циркуляция токов в расплавленной мантии Земли, поток частиц от Солнца (солнечный ветер). Выдвигалась даже экзотическая гипотеза о существовании природного МГД генератора, работающего в верхних слоях атмосферы. Но сегодня наука точно не знает, откуда восполняются заряды природного конденсатора. Возможно, каждый из перечисленных механизмов дает свой вклад в пополнение заряда земного накопителя.

Попытки использовать напряженность поля Земли в утилитарных целях предпринимались более двух веков. Лучшее достижение – уже упомянутые конструкции с использованием аэростатов – позволили получить мощность около 1 кВт, а современные, реально работающие схемы позволяют лишь запитать маломощный светодиод или подзарядить мобильный телефон.

Дело в том, что проводимость атмосферного воздуха составляет только 10–14 степени Сименс / метров. Отобрать от столь высокоомного источника заметную мощность просто невозможно. Для этого детали «генератора» должны иметь более надежную изоляцию – иначе он быстро «закорачивается».

Воздушная электроэнергия

Однако доводы скептиков не останавливают экспериментаторов.

По их мнению, высокая разность потенциалов между поверхностью Земли и ионосферой приводит к формированию мощного электрического поля в тропосфере и стратосфере. Заряд в этом суперконденсаторе поддерживается за счет солнечного излучения, космических лучей, а также радиоактивности земной коры. Все эти излучения взаимодействуют с магнитным полем Земли и атомами в верхних слоях атмосферы, пополняя заряд суперконденсатора.

Постоянный заряд атмосферного суперконденсатора составляет от 250  000 до 500  000 В, что сопоставимо с напряжением высоковольтных электрических линий. Однако разница электрических потенциалов поверхности Земли и атмосферы – это постоянный ток, а не переменный. Общее среднее значение силы тока, протекающего через атмосферный суперконденсатор, только в результате гроз составляет 1500 А (по два ампера на каждую из 750 гроз). Электрическая мощность в ваттах составляет произведение силы тока в амперах на напряжение в вольтах. Приведенные выше цифры означают, что земная атмосфера постоянно рассеивает несколько сотен миллионов ватт электроэнергии. Этой мощности хватает на полное пиковое обеспечение электроэнергией среднего города.

Преимущества и недостатки атмосферных электростанций

В качестве преимуществ отмечаются следующие факторы:

• земельно-ионосферный суперконденсатор постоянно подзаряжается с помощью возобновляемых источников энергии – солнца и радиоактивных элементов земной коры;
• атмосферная электростанция не выбрасывает в окружающую среду никаких загрязнителей;
• оборудование атмосферных станций не бросается в глаза. Воздушные шары находятся слишком высоко для того, чтобы их увидеть невооруженным глазом;

• атмосферная электростанция способна вырабатывать энергию постоянно, если поддерживать шары в воздухе.

Недостатки:

• атмосферное электричество, как и энергию солнца или ветра, трудно запасать. Его необходимо либо использовать сразу же, на месте получения, либо преобразовывать в любую другую форму, например в водород;
• значительная разрядка земельно-ионосферного суперконденсатора может нарушить баланс глобального электрического контура. В этом случае последствия для окружающей среды будут непредсказуемы;
• высокое напряжение в системах атмосферных электростанций может быть опасным для обслуживающего персонала;
• воздушные шары необходимого размера сложно обслуживать и поддерживать на необходимой высоте. Кроме того, они могут представлять опасность для авиации;
• общее количество электроэнергии, которую можно получать из атмосферы, ограничено. В лучшем случае атмосферная энергетика может служить лишь незначительным дополнением к другим источникам энергии.

Если атмосферная электростанция когда‑либо будет построена, то наиболее вероятным местом ее расположения окажется некий островок в океане, а воздушные шары будут крепиться к земле двумя-тремя проводами. Попытка соорудить ее в жилом месте может привести к значительным разрушениям (например, во время торнадо).

Как далеки мы от беспроводного электричества? / Хабр

Привет, Хабр! Я хочу рассказать тебе историю о давних временах. Был 1891 год. Малоизвестный тогда сербско-американский ученый по имени Никола Тесла разработал устройство, генерирующее и передающее электричество без проводов. Катушка Тесла была прототипом технологии его же авторства, эта катушка считалась Священным Граалем передачи энергии.

Сегодня революция в науке возродила необыкновенную идею Теслы, которая когда-то считалась несбыточной мечтой и перспективы невероятно привлекательны.




Катушка Тесла


Катушка Теслы

— это электрический резонансный трансформатор. Радиочастотный генератор для получения высокого напряжения, при низких токах приводящий в действие трансформатор. Катушка работает по принципу электромагнитной индукции: проводник помещается в изменяющееся магнитное поле и генерирует напряжение на проводнике. Тесла устраивает демонстрации, показывающие, как можно использовать катушку для беспроводного питания ламп накаливания, расположенных на расстоянии нескольких метров друг от друга. 

Даже по современным стандартам Тесла намного опередил свое время. Но его амбиции выходили за пределы прототипа катушки Тесла. Он представлял мир, в котором все человечество могло бы иметь дешевое или даже бесплатное электричество. Он раздвинул границы, когда воплотил в жизнь нечто более функциональное.

Башня Уорденклиффа


Башня Wardenclyffe Tower была экспериментальной беспроводной передающей станцией, построенной для телекоммуникации по всему миру.

Однако главной одержимостью Теслы была беспроводная передача энергии. Он получил финансирование на строительство башни, скрыв ее как телекоммуникационную. Он уже доказал, что высокочастотные сигналы могут передаваться без проводов, с помощью катушечных трансформаторов Тесла.

Дальнейшие секретные эксперименты в его лаборатории убедили его в том, что он может передавать электроэнергию, задействуя верхние слои атмосферы Земли. Башня Wardenclyffe была прототипом того, что Тесла представлял как сеть башен, охватывающую весь земной шар и получающую удаленный беспроводной доступ к энергии от центральной станции.

План Теслы состоял в том, чтобы вырабатывать электроэнергию с близлежащего угольного месторождения и отправлять ее по всему миру с помощью башни, подобно тому, как радиоволны без проводов передаются на большие расстояния. В интервью американскому журналу «The American Magazine» Тесла запечатлел свое видение этими яркими словами:

«Питание может быть, и в ближайшем будущем будет передаваться без проводов, для всех коммерческих целей, таких как освещение домов и управление самолетами». Я открыл основные принципы, и остается только развивать их коммерчески. Когда это будет сделано, вы сможете отправиться в любую точку мира — на вершину горы с видом на вашу ферму, в Арктику или в пустыню — и установить небольшое устройство, которое даст вам тепло, чтобы готовить, и свет, чтобы читать».

К сожалению, необузданные амбиции Теслы не увидели свет. Путь был перекрыт после того, как Джей-Пи Морган прекратил финансирование проекта, и Тесла обанкротился. Незавершенная башня была снесена в 1917 году для выполнения некоторых финансовых обязательств Теслы. До сих пор концепция беспроводного электроснабжения была погребена под обломками бюрократических, политических и финансовых ограничений.

Беспроводное электричество в наше время


С крушения надежд прошло более 100 лет. Сейчас на рынок выходит несколько компаний с технологиями, которые могут по воздуху безопасно передавать энергию. Emrod, поддерживаемый правительством Новой Зеландии стартап, лидирует в гонке с ожиданиями потребителей, первым в мире развертывая беспроводную передачу энергии высокой мощности на большое расстояние на замену существующих технологии медных проводов.

Для беспроводной передачи энергии на большие расстояния эта технология использует электромагнитные волны. Энергия преобразуется передающей антенной в электромагнитное излучение, улавливается приемной антенной (ректенной), а затем распределяется локально традиционными способами. Система Emrod состоит из четырех компонентов: источника питания, передающей антенны, передающего реле и приемная ректенны.

Схематическая модель теле-энергетической системы Emrod

Во-первых, передающая антенна преобразует электричество в микроволновую энергию и фокусирует электричество в цилиндрический луч. Микроволновый луч посылается через ряд трансляторов до тех пор, пока не попадает в ректенну, которая преобразует луч обратно в электрическую энергию. Просто, правда?

То же самое происходит в любой радиосистеме, но в радио количество энергии, которое достигает приемника, может быть крошечным; уловить нескольких пиковатт — это все, что нужно, чтобы доставить понятный сигнал.

Напротив, именно количество чистой, отправляемой без проводов энергии, наиболее важно. Полученная доля переданной энергии становится ключевым проектным параметром, поэтому необходимо разработать эффективные способы минимизации потерь.

Emrod нашел способ решить эту проблему. Мы переняли идеи радаров и оптики. В сравнении с предыдущими попытками беспроводного питания на основе микроволн, Emrod используют метаматериалы (в реле) для более плотной фокусировки передаваемого излучения.

Потери мощности при такой передаче сведены к минимуму. Генеральный директор Emrod рассказывает, что их система работает с 70% эффективности, что меньше эффективности медных проводов, но в некоторых случаях система все же экономически выгодна. В будущем компания планирует повысить энергоэффективность.

Примечательно, что технология надежна, так как на нее не влияют погодные или атмосферные условия, поэтому непредвиденные перебои с подачей электроэнергии останутся в прошлом.

Один из вопросов, вызывающих озабоченность, — это вопрос безопасности. Электромагнитный луч Emrod работает на частотах, классифицируемых как ISM — промышленные, научные и медицинские лучи, безвредные для здоровья человека.

Пока стартап стремится доставлять энергию в сообщества вне электрической сети, или передавать энергию из источников в открытом море.

Перспективы беспроводного электричества


Можно утверждать, что беспроводное электричество — одно из тех изобретений, которые не обязательны для нас. В конце концов, мы уже передаем электричество, и оно прекрасно работает. Но это далеко не так. Скрытые издержки традиционного способа передачи электроэнергии чрезвычайно высоки.

Прокладка линий электропередач и их техническое обслуживание обходится дорого, не говоря уже о географических ограничениях распространения электрических сетей в отдаленные районы. Корабли в море, электромобили или самолеты могут дозаправляться во время движения. Подход Emrod решил бы проблему дальности, особенно для предлагаемых коммерческих тарифов на электроэнергию.

Но, пожалуй, самой большой революцией будет всемирный переход на экологически чистый, дешевый возобновляемый источник энергии. Осознать масштаб можно с помощью двух фактов.

1. Удаленная передача солнечной энергии


Согласно глобальной статистике по энергии, общее потребление энергии в мире в 2019 году в эквиваленте составило 13 миллиардов тонн нефти (MTOE). Иными словами, это 17,3 тераватта мощности.

Сегодня, если мы покроем солнечными батареями участок земли в 350 км на 350 км, это может дать более 17,4 ТВт мощности. Упомянутая площадь составляет около 43000 квадратных миль. Великая Сахара — это около 3,6 миллионов квадратных миль и более чем 12 часов светового дня, а значит энергии.

Это означает, что 1,2% пустыни достаточно для покрытия мировых энергетических потребностей. И ни ядерный синтез, ни какой-либо другой разрабатываемый в настоящее время источник энергии чище не могут конкурировать с этим.

Что, если беспроводное электричество станет реальностью, мы используем небольшую часть Сахары, чтобы собрать солнечную энергию и передать ее по всему миру без необходимости в дорогостоящих медных проводных линиях? Не станет ли это серьезным прорывом в решении проблем энергетического кризиса, загрязнения окружающей среды и изменения климата?

2. Космическая солнечная энергия


Гигантские солнечные батареи, собирающие солнечную энергию в космосе и передающие ее обратно на Землю — это выглядит как сумасшедшая сцена из научно-фантастического фильма.

Концептуально разработанная российским ученым Константином Циолковским в 1920-х годах, идея космической солнечной энергетики осталась по большей части призрачной. Но все меняется. Несколько месяцев назад Европейское космическое агентство объявило о своем плане финансирования космической солнечной энергетики как средства решения проблемы изменения климата путем продвижения производства зеленой энергии.

Солнечная энергетическая система космического базирования обеспечит чистой энергией всех и повсюду.

Космическая солнечная энергетика будет использовать концепцию беспроводного электричества. План заключается в преобразовании электричества от солнечных батарей в энергетические волны и использовании электромагнитного поля для передачи ниже, к антенне на поверхности Земли. Затем антенна преобразует волны обратно в электричество.

Благодаря нескольким преимуществам КСЭ — привлекательное решение надвигающегося энергетического кризиса, которое позволит генерировать больше энергии:

  • В космосе всегда солнечный полдень. Земные солнечные батареи ограничены дневным светом и погодными условиями.
  • Солнечные батареи могут получать более интенсивный солнечный свет из-за отсутствия препятствий со стороны атмосферных газов, облаков, пыли и других погодных явлений. Атмосфера Земли обычно поглощает и отражает обратно часть солнечного света.
  • Спутник на солнечных батареях может освещаться круглосуточно и без выходных. В настоящее время солнечную энергию собирают на протяжение в среднем 29% дня.
  • Питание может быстро перенаправляться в те области, которые нуждаются в нем больше всего.

Нет необходимости говорить о том, что КСЭ все еще сталкивается с многочисленными препятствиями, самым большим из которых являются затраты на запуск и развертывание огромных солнечных батарей. В настоящее время изучаются новые методы производства, такие как 3D-печать ультралегких солнечных батарей.

Беспроводное электричество: мечта Теслы и наша грядущая реальность


Используя огромный потенциал беспроводного электричества, наше поколение может обрести многое и ничего не потерять. В предстоящие годы мы можем лишь надеяться на то, что нынешние усилия, направленные на реализацию этого грандиозного подвига, дадут положительные результаты. К сожалению, Никола Теслы, великого изобретателя, нет с нами рядом, чтобы он мог увидеть воплощение своей мечты. Я рад поделиться одной из знаменитых цитат Теслы, прекрасным источником вдохновения для начинающих ученых во всем мире:

«Если вы хотите раскрыть секреты Вселенной, думайте о ней с точки зрения энергии, частоты и вибрации».



Другие профессии и курсыПРОФЕССИИ


КУРСЫ

Атмосферное электричество, как новый источник альтернативной энергии

Интерес к всевозможным альтернативным источникам получения электроэнергии, за последние 10-15 лет, существенно вырос во всем мире. Все чаще ученые предрекают полное исчезновение того или иного энергетического ресурса. Поэтому многие ученые направили свои силы на поиск новых и увеличения эффективности уже существующих возобновляемых источников. Не удивительно, что область альтернативной энергетики также интересна и простым обывателям, которые стремятся найти бесплатный способ получения энергии.

Один из наиболее популярных альтернативных источников, который еще слабо развит, является атмосферное электричество. Наблюдая за буйством стихий при грозах и результатах, которые приносит попадание молнии в деревья или жилые строения, многие задаются вопросом о том, как же можно укротить электрические силы на нашей планете. Вопрос возможного использования атмосферного электричества на благо населения Земли и попробуем рассмотреть в данной статье.

А начнем изучение данного вопроса с курса физики и понятия конденсатор. Именно такой компонент электрических схем подходит для описания Земли – огромного сферического конденсатора.

Конденсаторы: назначение, устройство, принцип действия

Как известно, основной параметр любого конденсатора – его емкость. Понятно, что для оценки реальной емкости Земли слишком много неизвестных, однако ученые все-таки пытаются определить этот параметр. По одним расчетам емкость Земли – около 700 мкФ, по другим – приближается к 1 Ф (с учетом ионосферы). Напряжение на обкладках Земли (поверхность Земли (-) – ионосфера (+)) составляет около 300 кВ, а напряженность поля достигает 150 В/м.

Еще одним из параметров любого конденсатора, определяющим его работу, является ток утечки. Однако определение этого параметра для Земли не имеет смысла, так как полного «разряда» Земли еще не было (при этом магнитное поле Земли полностью исчезло бы). Поэтому стоит говорить не о токе утечки, а о генераторе, который постоянно подпитывает Землю. В качестве такого генератора выступает ионосфера. Вопрос сохранения заряда Землей еще не разрешен. Существует более десятка различных теорий, описывающих взаимодействие Земной поверхности и ионосферы.
От теории заряда Земли перейдем к практическому использованию энергии природного конденсатора. Как отмечалось ранее, Земля обладает достаточной напряженностью поля, однако это не означает, что двухметровый человек постоянно испытывает напряжение в 300 В. Тело человека – проводник, а воздух – изолятор, поэтому наш потенциал всегда равен потенциалу Земли. Главное препятствие, на пути получения энергии из атмосферного воздуха – его высокое сопротивление. Для преодоления этого показателя, ученые предложили получать энергию из влажного воздуха. Однако эффективность такой установки в миллионы раз ниже даже обычных солнечных элементов.

Ряд ученых выражает определенную озабоченность возможным вмешательством человечества в физические процессы, происходящие в атмосфере и ионосфере. Жизнь на Земле возникла благодаря множеству факторов, в том числе и электрическим процессам. Кроме того, человечество пока еще далеко от понимания всех принципов работы этой системы и любое вмешательство может нарушить итак уже изрядно подпорченное состояние нашей планеты.

Как сделать самому энергию из эфира для дома — простые схемы

Много лет ученые ищут идеальный альтернативный источник электроэнергии, который позволил бы добывать ток из возобновляемых ресурсов. О том, как получить статическое электричество из воздуха, задумывался еще Тесла в 19 веке, и сейчас ученые пришли к выводу, что да, это вполне реально.

Блок: 1/3 | Кол-во символов: 289
Источник: https://www.asutpp.ru/elektrichestvo-iz-vozduxa.html

Что такое атмосферное электричество

Первым всерьез занялся проблемой гениальный Никола Тесла. Источником появления свободной электрической энергии Тесла считал энергию Солнца. Созданный им прибор получал электроэнергию из воздуха и земли. Тесла планировал разработку способа передачи полученной энергии на большие расстояния. Патент на изобретение описывал предложенный прибор, как использующий энергию излучения.

Устройство Теслы было революционным для своего времени, но объем получаемой им электроэнергии был небольшим, и рассматривать атмосферное электричество как альтернативный источник энергии, было неверно. Совсем недавно изобретатель Стивен Марк запатентовал прибор, производящий электричество в больших объемах. Его тороидальный генератор может подавать электричество для ламп накаливания и более сложных бытовых приборов. Он работает длительное время, не требуя внешней подпитки. Работа этого прибора основана на резонансных частотах, магнитных вихрях и токовых ударах в металле.


На фото рабочий образец тороидального генератора Стивена Марка

Блок: 2/7 | Кол-во символов: 1055
Источник: https://otlad.ru/svet/iz-vozduxa/

Виды добычи

Альтернативное электричество может добываться из воздуха двумя способами:

  1. Ветрогенераторами;
  2. За счет полей, пронизывающих атмосферу.

Как известно, электрический потенциал имеет свойство накапливаться в течение определенного времени. Сейчас атмосфера изнизана различными волнами, производящимися электрическими установками, приборами, естественным полем Земли. Это позволяет говорить о том, что электричество из атмосферного воздуха можно добыть своими руками, даже не имея никаких специальных приспособлений и схем, но про особенности токопроизводства по этому варианты мы расскажем ниже.

Фото – грозовая батарея

Ветрогенераторы – это давно известные источники альтернативной энергии. Они работаю за счет преобразования силы ветра в ток. Ветряной генератор – это устройство, способное работать продолжительное время и накапливать энергию ветра. Данный вариант широко используется в различных странах: Нидерландах, России, США. Но, одной ветряной установкой можно обеспечить ограниченное количество электрических приборов, поэтому для питания городов или заводов устанавливаются целые поля ветроустановок. В использовании этого способа есть как достоинства, так и недостатки. В частности, ветер – это непостоянная величина, поэтому нельзя предугадать уровень напряжения и накопления электричества. При этом, это возобновляемый источник, работа которого совершенно не вредит окружающей среде.

Фото – ветряки

Видео: создание электричества из воздуха

Блок: 2/3 | Кол-во символов: 1459
Источник: https://www.asutpp.ru/elektrichestvo-iz-vozduxa.html

Можно ли получить электричество из воздуха

Возможно, многие могут подумать, что это откровенный бред. Но реальность такова, что получить электроэнергию из воздуха возможно. Существуют даже схемы, которые могут помочь создать устройство, способное осуществить получение этого ресурса буквально из ничего.

Принцип работы такого устройства заключается в том, что воздух является носителем статического электричества, просто в очень малых количествах, и если создать подходящее устройство, то вполне можно накапливать электричество.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 530
Источник: https://elektro.guru/elektrooborudovanie/avtonomnoe-elektrichestvo/kak-poluchit-elektrichestvo-iz-vozduha-svoimi-rukami-opisanie-i-shema-ustroystva.html

Опыты известных учёных

Можно обратиться к трудам уже известных учёных, которые в прошлом пытались получать электричество буквально из воздуха. Одним из таких людей является знаменитый учёный Никола Тесла. Он был первым человеком, который задумался о том, что электроэнергию можно получить, грубо говоря, из ничего.

Конечно, во времена Тесла не было возможности записать все его опыты на видео, поэтому на данный момент специалистам приходится воссоздавать его устройства и результаты его исследования согласно его записям и старым свидетельствам его современников. И, благодаря многим опытам и исследованиям современных учёных, можно соорудить устройство, которое позволит осуществить получение электричества.

Тесла определил, что между основанием и поднятой металлической пластиной существует электрический потенциал, представляющий собой статическое электричество, также он определил, что его можно накапливать.

Впоследствии Никола Тесла смог сконструировать такое устройство, которое смогло накапливать незначительное количество электроэнергии, используя лишь тот потенциал, который содержится в воздухе. Кстати, сам Тесла предполагал, что наличием электричества в своём составе, воздух обязан солнечным лучам, которые при пронизывании пространства буквально делится своими частицами.

Если обратиться к изобретениям современных учёных, то можно привести пример устройства Стивена Марка, который создал тороидальный генератор, позволяющий удерживать намного больше электроэнергии, в отличие от простейших изобретений подобного рода. Его преимущество заключается в том, что это изобретение способно обеспечить электричеством не только слабые осветительные приборы, но и довольно серьёзные бытовые приборы. Этот генератор способен осуществлять свою работу без подпитки в течение довольно длительного времени.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 1809
Источник: https://elektro.guru/elektrooborudovanie/avtonomnoe-elektrichestvo/kak-poluchit-elektrichestvo-iz-vozduha-svoimi-rukami-opisanie-i-shema-ustroystva.html

Можно ли получать электричество из земли

Одним из самых интересных и невероятных способов, как добыть электричество, является его получение из земли. Интересно? Еще бы! Ведь в отличие от энергии из атомных частицу и солнечных батарей, такой способ добычи энергии пока не получил всеобщего распространения.

В домашних условиях можно получить не только свет, но и необходимое количество тепла. Для этого можно использовать твердотопливные печи или котлы.

Вам, наверное, интересно, как получают электричество из земли. Здесь все не так просто. Дело в том, что земля не только сочетает в себе три среды, ведь между земляными частицами находятся молекулы воды и воздуха, но и состоит из структур, мицеллы и гумуса, имеющих разные потенциалы.

Из за этого внешняя оболочка земли имеет отрицательный заряд, а внутренняя – положительный. Как вы знаете, положительные частицы притягиваются к отрицательным. За счет этого в почве происходят электрические процессы. Попробовать сделать земляную электростанцию можно своими руками. Для этого нужно знать основы электротехники, но мы вам расскажем краткое пособие по созданию такой конструкции. Итак, как можно добыть земное электричество.

Схема создания земляной электростанции:

  • В землю помещается металлический проводник;
  • К проводнику присоединяется два других проводника ноль и фаза;
  • По этим проводникам электричество течет в дом.

Конечно, такая схема не позволит вам получить свет на весь дом. Ведь в лучшем случае вы получите всего 20 вольт, которых будет достаточно для того, чтобы зажечь пару лампочек. Однако усовершенствуя систему, вы сможете снять нагрузку с части электроприборов.

Блок: 3/6 | Кол-во символов: 1642
Источник: http://teploclass.ru/otoplenie/besplatnoe-elektrichestvo

Способы получения электричества из воздуха

Атмосферное электричество можно получать в больших количествах. К тому же данный вариант обеспечения дома не относится к разряду «необычные способы». Ведь все знают о существовании ветряных электростанций.

Существуют целые поля ветряных электростанций. Они похожи на ряды с огромными вентиляторами. Однако минус такой системы заключается в том, что она вырабатывает электроэнергию. Только когда есть ветер.

На самом деле, взять электроэнергию из атмосферы можно не только из ветра. Есть и другие более интересные способы. Ведь на самом деле воздух – эта самая заряженная стихия.

Источники освещения, работающие от атмосферы:

  1. Грозовые батареи притягивают молнии. Они состоят из заземления и металлического проводника, между которыми во время удара молнии накапливается свободная энергия. Однако использование такого способа не распространено потому, что невозможно предсказать величину накопившейся электроэнергии, а также из-за опасности этого изделия.
  2. Ветрогенираторы – это известный всем способ добычи энергии. Вы можете сделать такую станцию и для себя. Однако в этом случае вам придется рассчитать необходимое количество приборов, а также установить их в месте, которое будет максимально ветряным.
  3. Тороидальный генератор Стивена Марка вырабатывает электричество не сразу, а через некоторое время после его включения. Такое автономное устройство состоит из нескольких катушек, между которыми образуется резонансные частоты и магнитный вихрь. Такие самодельные приборы добывают достаточно электричества для обслуживания одного электроприбора.
  4. Прибор Капанадзе, вопреки мнению многих состоит не из магнита и проволоки, он сделан по тому же принципу, что и трансформатор Тесла. Он получает эфирное электричество и работает без топлива. Однако устройство такого прибора запатентовано и засекроечено.

Электричество из воздуха очень часто добывают в скандинавских странах

Такие варианты добычи электричества из атмосферы очень перспективны. Это новые способы получения этого ресурса, некоторые из которых уже используются в Европе. Некоторые из них можно собрать самому и вполне возможно, все люди будут получать электричество даром из таких приборов.

Блок: 4/6 | Кол-во символов: 2211
Источник: http://teploclass.ru/otoplenie/besplatnoe-elektrichestvo

Достоинства

  • Простота. Принцип легко можно апробировать дома;
  • Доступность. Не нужны никакие приборы и сложные приспособления – достаточно токопроводящей пластинки.

Блок: 4/7 | Кол-во символов: 160
Источник: https://otlad.ru/svet/iz-vozduxa/

Простые схемы

Существуют довольно простые схемы, которые помогут создать устройство, способное осуществлять получение и накопление электрической энергии, которая содержится в воздухе. Этому способствует наличие в современном мире множество сетей, линий электропередач, которые способствуют ионизации воздушного пространства.

  • Это одна из самых простейших схем, благодаря которой можно соорудить устройство для получения электроэнергии из воздуха своими руками. В принципе, ничего сложного в этом нет. Земля может послужить основанием, в то время когда антенной может выступать металлическая пластина, которая помещена над землёй. Это позволяет устройству накопить содержащийся электрический потенциал в воздухе, который впоследствии может быть использован.
  • Следует помнить, что создание такого простого устройства своими руками даже по такой несложной схеме, может быть сопряжено с определёнными рисками. Дело в том, что при работе такого устройства создаётся принцип молнии, что может представлять определённую опасность при работе с таким прибором.

Создать устройство, получающее электричество из воздуха, можно и своими руками, используя лишь довольно простую схему. Также существуют различные видео, которые смогут стать той необходимой инструкцией для пользователя.

К сожалению, создать мощный прибор своими руками весьма непросто. Более сложные устройства предполагают использование более серьёзных схем, что иногда существенно затрудняет создание такого прибора.

Можно попытаться создать более сложный прибор. В интернете приведены более сложные схемы, а также видеоинструкции.

Видео: самодельный генератор свободно энергии

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 1650
Источник: https://elektro.guru/elektrooborudovanie/avtonomnoe-elektrichestvo/kak-poluchit-elektrichestvo-iz-vozduha-svoimi-rukami-opisanie-i-shema-ustroystva.html

Недостатки

  • Невозможность просчитать силу тока, что может быть опасно;
  • К образованному при работе открытому контуру заземления притягиваются молнии. Удар молнии может достигать напряжения 2000 вольт, а это очень опасно. Именно поэтому способ не получил широкого распространения.

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 275
Источник: https://otlad.ru/svet/iz-vozduxa/

Халявное электричество из солнца

Большой популярностью в Европе пользуются солнечные батареи. Вы наверняка слышали об этом способе добычи электричества. И это действительно работает, и не является вариантом, как заработать на стекле.

Если вам интересно лучше разобраться в способах получения электричества. Обратитесь к Валерию Белоусову, который выкладывает свои видео на Ютубе.

Конечно, чтобы пользоваться такой энергией, нужно сначала серьезно потратиться, ведь солнечные батареи стоят недешево, а чтобы обеспечить такой энергией весь дом, их нужно будет купить много. Также нужно учитывать, что если ваш дом в лесу преобразовать солнечную энергию в электричество не получится. Проблемы могут возникнуть и в холодное время года. Однако у солнечных станций есть несколько весомых преимуществ.

Преимущества солнечных электростанций:

  • Солнечная энергия вечная;
  • Она не выделяет в среду вредных веществ и не способствует накоплению радиоволн;
  • Вы сможете заранее рассчитать, сколько сможете получить энергии от того или иного количества батарей;
  • Цена потраченная на батареи со временем окупится за счет сэкономленных на электроэнергии средств.

Солнечная электроэнергия – это отличная альтернатива централизованному электричеств. С ее помощью может быть обеспечена вся ваша электрика.

Блок: 5/6 | Кол-во символов: 1294
Источник: http://teploclass.ru/otoplenie/besplatnoe-elektrichestvo

Где уже используют атмосферное электричество

Тем не менее, есть примеры использования приборов, работающих по описанному принципу — ионизатор люстра Чижевского уже не первое десятилетие продается и успешно работает.

Еще одной рабочей схемой получения электроэнергии из воздуха является генератор TPU Стивена Марка. Устройство позволяет получить электроэнергию без внешней подпитки. Многими учеными эта схема апробирована, но широкого применения пока не нашла из-за своих особенностей. Принцип действия этой схемы в создании резонанса токов и магнитных вихрей, которые способствуют возникновению токовых ударов.

В настоящее время в Грузии тестируется генератор Капанадзе. Этот источник энергии также работает без внешней подпитки и добывает электричество из воздуха без дополнительных ресурсов.


На фото готовый к работе генератор Капанадзе

Блок: 6/7 | Кол-во символов: 838
Источник: https://otlad.ru/svet/iz-vozduxa/

Электричество из воздуха своими руками: схема (видео)

Также стоит отметить о возможности получения электроэнергии из ниоткуда. Один предприимчивый датчик решил получить электричество из пирамиды, и к его удивлению после создания такой конструкции на участке и подключению ее к светильникам, лампочки загорелись. На самом деле данная энергия берется из земли, а не из «ничего», и как сделать такой прибор повествует специализированная книга.

Блок: 6/6 | Кол-во символов: 486
Источник: http://teploclass.ru/otoplenie/besplatnoe-elektrichestvo

Выводы

Новые способы получения дешевой энергии у многих ученых вызывают опасения из-за вмешательства в процессы атмосферы и ионосферы. Их влияние на возникновение и течение жизни на Земле изучено слабо, поэтому воздействие может пагубно отразиться на состоянии планеты.

Но лично я считаю, что технология атмосферного элекричества тормозится умышленно. Более того, существует факт масштабного использования электричества из воздуха до 1917 года. На видео ниже вы сами можете убедиться в существовании электроэнергии даже в 17 веке. 

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 542
Источник: https://otlad.ru/svet/iz-vozduxa/

Кол-во блоков: 17 | Общее кол-во символов: 20210
Количество использованных доноров: 6
Информация по каждому донору:
  1. https://otlad.ru/svet/iz-vozduxa/: использовано 5 блоков из 7, кол-во символов 2870 (14%)
  2. https://elektro.guru/elektrooborudovanie/avtonomnoe-elektrichestvo/kak-poluchit-elektrichestvo-iz-vozduha-svoimi-rukami-opisanie-i-shema-ustroystva.html: использовано 3 блоков из 4, кол-во символов 3989 (20%)
  3. https://StudFiles.net/preview/4616106/page:24/: использовано 1 блоков из 2, кол-во символов 308 (2%)
  4. https://chebo.pro/stroyka-i-remont/kak-sdelat-samomu-energiyu-iz-efira-dlya-doma-prostye-shemy.html: использовано 1 блоков из 3, кол-во символов 3377 (17%)
  5. http://teploclass.ru/otoplenie/besplatnoe-elektrichestvo: использовано 5 блоков из 6, кол-во символов 7918 (39%)
  6. https://www.asutpp.ru/elektrichestvo-iz-vozduxa.html: использовано 2 блоков из 3, кол-во символов 1748 (9%)

Энергетика слюней и бумаги: новый способ получить электричество

Людям, привыкшим брать электричество из розетки, а батарейки покупать в супермаркете, нелегко представить себе жизнь в тех регионах мира, где электричества, как и супермаркетов, нет в принципе. По отзывам романтически настроенных путешественников, жизнь там чиста и безмятежна, но вот, к примеру, врачам, работающим в таких условиях, без электричества приходится нелегко. Современное диагностическое оборудование нуждается в источниках энергии. Правда, специально для труднодоступных районов разработаны упрощенные диагностические сенсоры: обычно они представляют собой бумажные полоски, сообщающие врачу результат посредством изменения цвета. Однако если бы к такому примитивному диагностическому прибору удалось добавить хотя бы минимальное электропитание, то надежность и чувствительность возросли бы многократно.

Эту задачу и решали исследователи из Университета штата Нью-Йорк в Бингхэмптоне. На очередной конференции Американского химического общества был представлен результат их работы — батарейка из бумаги. Чтобы привести ее в действие, достаточно провести по бумаге влажным языком (или просто смочить водой, если она найдется поблизости).

Принцип действия батарейки основан на примечательном свойстве одной группы бактерий. Их называют «электрогенами»: в процессе жизнедеятельности эти бактерии создают отрицательный заряд с внешней стороны клеточной стенки (то есть вытесняют туда электроны). Лиофилизированная (высушенная при низкой температуре) культура бактерий пропитывает бумагу, и при смачивании бактерии оживают и начинают поглощать органику, вырабатывая при этом электричество. Поставляемые бактериями электроны пробегают к электроду по молекулярным нитям целлюлозы, не успевая «осесть» на атмосферном кислороде.

Реклама на Forbes

Использование бактерий-электрогенов в технологиях — идея не новая. Только в России с этими микробами работают сразу несколько исследовательских групп. Создана электрическая батарея, основанная на этом явлении. Бактериальное электричество планируется использовать в космосе — заодно это решило бы вопрос утилизации органических отходов. Наконец, бактерии-электрогены были использованы для очистки краснодарских озер: перспектива решить экологическую проблему, а заодно получить киловатты электроэнергии, кажется привлекательной. Однако у этой технологии есть проблемы, и главная из них — очень небольшая мощность подобных устройств. Большой успех команды американских химиков под руководством доктора Шона Чоя в том, что они нашли приложение, где такая технология может принести реальную пользу уже сейчас, и разработали источник питания, идеально подходящий для этой цели.

Некоторые проблемы, правда, остались нерешенными. Срок хранения бактериальных батареек в сухом состоянии сейчас составляет четыре месяца; было бы неплохо довести его хотя бы до года. Другая проблема — мощность: ее желательно было бы увеличить примерно в 1 000 раз. Однако, по мнению исследователей, проблему мощности можно решить, увеличивая число слоев бумаги. В настоящее время Шон Чой и его коллеги ищут коммерческих партнеров для начала производства их новинки.

Дешевый, безопасный, экологичный, но редкий способ получения электричества в промышленных масштабах

После Чернобыля мир не испугался и не прекратил строительство атомных электростанций. Мир решил, наверное, что это сработал специфически советский человеческий фактор. После катастрофы на АЭС «Фукусима» в Японии человечество осознало, что атомная энергия опасна даже в руках осторожных, ответственных, и технически продвинутых цивилизаций. Германия и другие страны ЕС уже думают о полном прекращении использования АЭС. Поэтому поиск новых, менее опасных источников энергии сейчас актуален как никогда. Одним из таких источников может стать тепло земли.

Сидим на грелке

Под наружной оболочкой Земли — земной корой — находится разогретая мантия, где, возможно, зарождаются вулканы (по другим теориям, вулканы зарождаются во внешней, расплавленной оболочке ядра). Горячая магма поднимается вверх по тектоническим трещинам и вступает в контакт с океанической водой, которая инфильтрируется из придонных областей океана в околомагматические зоны. Там вода нагревается, вбирает часть растворенных в магме газов — таких как сероводород и углекислый газ — и других химических веществ, захватывая и элементы из пород, сквозь которые она фильтруется. Увеличение содержания СО2 вызывает образование сильного адсорбента — кальциевого силикагеля, что ведет к изменению проницаемости водовмещающих комплексов и, в конечном счете, к тепловой и геохимической самоизоляции геотермальной системы. Считается, что наличие силикагеля обусловливает высокие концентрации разных веществ в термальных водах.

На континентах земная кора обычно очень мощная — до 70, иногда до 100 километров. Более древние магматические породы обычно перекрыты толстым осадочным чехлом, и магме его просто не прорвать. Там же, где земная кора тоньше — например, в зонах перехода от континентальной коры к океанической — магме, раскаленным газам и перегретому водяному пару легче выбраться на поверхность. Именно в таких районах случаются самые интересные геологические события наших дней — извержения вулканов, землетрясения, именно там фыркают и плюются гейзеры, дымят фумаролы, и именно там сравнительно легок доступ к подземным источникам тепла. Вообще-то наиболее активные проявления вулканизма отмечаются в областях, где кора тоньше всего — на дне океанов, в зонах срединно-океанических хребтов, но ни видеть, ни толком изучать, ни тем более использовать этот вулканизм мы пока не научились.

Основная часть территории России расположена на двух древних, 2,5 — 3,5 млрд лет, платформах (Восточно-Европейской и Сибирской). Между ними лежит сравнительно молодая (всего 250-400 млн лет), но тоже надежная Западно-Сибирская плита. Поэтому в России районы с тонкой корой находятся только на дальних окраинах — на Камчатке и Курильских островах, которые входят в зону активных геологических процессов. «В областях современного вулканизма формируются и геотермальные месторождения, — говорит доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией тепломассопереноса ИВиС ДВО РАН Алексей Кирюхин. — Условия их формирования могут быть разными. Довольно часто работает правило: чем больше и активнее вулкан, тем меньше шансов найти в его окрестностях геотермальное месторождение (пример — вулкан Ключевский), чем крупнее геотермальное месторождение, тем меньше шансов увидеть в его пределах большой вулкан (пример — Долина гейзеров в Калифорнии)».

Области современного активного вулканизма в основном сосредоточены в так называемом Тихоокеанском огненном кольце — это практически все окраины Тихого Океана, включая Камчатку, Курилы, Японию, Индонезию, Филиппины, Анды и Кордильеры, цепочку Алеутских островов и архипелаг Огненная Земля. Все эти территории относятся к зонам самой молодой, альпийской складчатости, и на окраинах материков подвержены процессу субдукции — поддвиганию океанической коры под континентальную. В процессе субдукции окраинные участки континентальной коры вздымаются, формируя горные хребты, а «ныряющая» фронтальная зона тонкой океанической коры плавится, давая «сырье» для современных вулканов.

К зонам альпийской складчатости относятся также Альпы и Пиренеи, Крым, Кавказ, Памир, Гималаи. Многие вулканы здесь уже прошли активную стадию, и в породах, перекрывающих остывающую магму, происходят постмагматические процессы. В таких районах затухающего или «дремлющего» вулканизма — который проявляется не столько извержениями, сколько работой гейзеров, фумарол, грязевых вулканов — как раз и существует возможность получения электричества в промышленных масштабах. В других, менее активных, областях, впрочем, тоже можно использовать земное тепло. Даже в стабильных платформенных областях встречаются источники термальных вод, да и геотермический градиент может быть достаточно высоким.

Креативная, дешевая и чистая технология

Использовать геотермальное тепло можно по-разному. Во-первых, как древние римляне, можно непосредственно применять термальные воды для обогрева и ванн. Бесчисленные горячие источники в Европе ли, в Америке, на Филиппинах, — это проявления все тех же поствулканических процессов. В России тепло подземных вод используется для обогрева зданий и теплиц в Калининградской области, в Западной Сибири, в Краснодарском крае. Такое «прямое» использование тепла позволяет сэкономить и снизить нагрузку на окружающую среду.

Новозеландская геотермальная станция Ваиракеи открыта в 1958 году, первой после войны и второй в мире (самая первая построена в итальянском городе Лардерелло в 1904 году).

Фото: National Geographic/Getty Images/Fotobank

Можно использовать тепловые насосы, позволяющие обогревать или охлаждать жилые дома за счет разницы температур между воздухом и грунтом. А можно — в дополнение к простому обогреву — построить геотермальную электростанцию и получать очень дешевую электроэнергию. В зависимости от геологических условий, — то есть от температуры пород, наличия и состава воды в них — могут использоваться разные типы гидротермоэлектростанций.

В некоторых случаях геотермальная энергия позволяет убить сразу нескольких зайцев. Например, «Шеврон» использует для ее получения горячие воды, выкачиваемые из недр вместе с нефтью. На поверхности раскаленная смесь воды и пара отделяется от нефти, сепарируется, пар вращает турбины и дает электроэнергию, вода же закачивается обратно в породу. Это позволяет одновременно решить проблему токсичных сбросов и поддержать давление в нефтяном пласте, тем самым улучшая его нефтеотдачу и увеличивая срок использования скважины.

Геотермальная энергетика, новая отрасль на стыке нескольких наук и промышленности, привлекает внимание ученых и практиков разных специальностей. Одни задумываются, как добыть редкие и благородные металлы, растворенные в горячих подземных водах. Может быть, именно в фазе охлаждения этих вод когда-нибудь и удастся извлечь золото и платину.

Другие изобретают способы применения низкотемпературных вод. Главный инженер ОАО «Геотерм» Дмитрий Колесников считает, что вскоре будет разработана технология вторичного использования сепарата, то есть частично охлажденной воды: «Ее можно будет использовать на любых промышленных предприятиях, где есть горячие стоки. Больших мощностей ожидать не стоит, но, во-первых, горячая вода идет на второй цикл, то есть снижается непроизводственное использование энергии, а во-вторых, можно будет решать проблему энергоснабжения самого предприятия».

Россия отличается стабильностью

Геотермальная энергетика в России начала развиваться в 1960 годах. Тогда были построены первые — по сути, экспериментальные — электростанции. Паужетская ГеоЭС (11 МВт), на одноименном геотермальном месторождении была построена в 1967 году. «Эта электростанция служила как бы опытной площадкой, на ней опробовались технологии, испытывалась паро-водяная смесь», — рассказал Колесников. Неподалеку от нее расположены Мутновская ГеоЭС (50 МВт) и Верхне-Мутновская (12 МВт) ГеоЭС. На Курилах, на островах Кунашир и Итуруп, тоже работают две относительно небольшие ГеоЭС — 6 и 2,6 МВт. Собственно, этим недлинным списком и ограничивается действующая российская геотермальная энергетика.

Первая в России геотермальная электростанция — Паужетская — введена в эксплуатацию в 1966 году.

Фото: РИА НОВОСТИ

Не в силу политико-экономических или исторических причин, не потому, что за рубежом лучше головы или технологии, но исключительно из-за высокого уровня стабильности российского геологического устройства западные, восточные, юго-восточные и даже некоторые африканские страны оставили нас далеко позади в области геотермальной энергетики. В Исландии на геотермальных электростанциях получают 30% электроэнергии, на Филиппинах — более 25%, в Сальвадоре и Коста-Рике — около 15%, в Новой Зеландии и Никарагуа — 10%. В США доля «геотермального» электричества невелика, всего 0,3%, но по объемам выработки США опережают все остальные страны мира.

В США к широко известным геотермальным электростанциям в Калифорнии и Неваде в 2006 году добавилась маленькая, но необычная электростанция в самой что ни на есть глубокой американской глубинке — на Аляске, на курорте China Hot Springs. Хотя термальные источники там горячи для человека (74С), эта температура все же слишком низка для производства энергии по обычной технологии. Тем не менее, решение — применение бинарного цикла — было найдено: в теплообменнике природная вода отдает свое тепло специальному реагенту, который закипает даже при столь низкой температуре. Слегка охлажденная (примерно до 70 градусов) вода честно возвращается в исходный горизонт. За пять лет эксплуатации температура поступающей воды упала примерно на градус. Три генератора могут давать 650 кВт в час, что достаточно, например, для обслуживания целого поселка. Каждый генератор стоит около $800 000, и окупаемости за полгода ожидать не стоит. Но лет за 10 эти инвестиции окупятся даже при цене электричества в 6 центов за киловатт. Генератор, работающий на мазуте, «стоил» 30 центов за киловатт, так что разница очевидна.

А бинарная технология, использованная на Аляске, вообще-то изобретена в России еще в 1967 году, и использована на Паратунском геотермальном месторождении на Камчатке.

Экономика горячей воды

Как считает Дмитрий Колесников, преимущества геотермальной энергетики — в простоте процесса и дешевизне получаемой энергии. «Собственно, бурится скважина, из которой идет паро-водяная смесь, которая на станции сепарируется, пар вращает турбину, и дальше все работает как в обычной котельной», — объяснил он принцип работы.

Возле исландского города Гриндавика геотермальная электростанция совмещена со spa-курортом

Фото: AFP/EASTNEWS

Геотермальная энергия действительно обходится очень дешево, прежде всего за счет экономии на углеводородном сырье. Самое дорогое — это скважины и линии электропередач. Правда, там, где можно построить ГЭС, геотермальные электростанции будут не столь экономически привлекательными. Но в России мощнейшие ГЭС строились тогда, когда понятия частной собственности на землю не было. Сегодня, чтобы затопить гигантские территории, нужно будет их у кого-то выкупить, что сильно поднимет цену киловатт-часа. Да и землю жалко (поэтому современные ГЭС строятся в основном в горах, где площадь затопления минимальна). А вот при сравнении цены «геотермального» киловатт-часа с ценой электричества, вырабатываемого ТЭС, разница уже сегодня не в пользу углеводородной энергетики.

Экология соленой воды

Люди, которые занимаются геотермальной энергетикой, как-то с восхищением к ней относятся. Они понимают, что это сравнительно дешевый, сравнительно безопасный способ получения электроэнергии из возобновляемых источников. Тем не менее, как и во всех отраслях промышленности, здесь есть свои проблемы.

Да, углеводородного топлива на ГеоЭС нет, но проблема отходов существует. «Отходы» — это остывшая подземная вода, часто сильно соленая. Ее нельзя сбросить в ближайшую речку, она слишком токсична. Кроме того, при изъятии материала из недр обычно повышается сейсмическая активность, и из-за сейсмодислокаций приток пароводяной смеси на поверхность может вообще прекратиться. «Воды у нас (на Паужетской электростанции) — 1000 тонн в час, в идеале должен быть замкнутый цикл, на поверхность мы эту воду сливать не можем. Воду — сепарат — мы закачиваем обратно в пласт. Правда, не в то место, откуда мы ее берем, иначе мы быстро охладим «дающий» участок. Поэтому закачиваем не в него, а в соседние зоны», — объясняет Колесников.

В связи с высокой агрессивностью горячих подземных вод возникает проблема коррозии, износа оборудования. Но с коррозией, по мнению Колесникова, бороться можно — надо просто правильно подбирать материалы.

Геотермальную энергию добывать не всегда легко. Часто геотермальные месторождения находятся в труднодоступных местах или в зонах повышенной сейсмической активности. В сейсмически активных зонах постройка ГеоЭС не только сопряжена с угрозой для работников, но может оказаться экономически бессмысленной: при структурных подвижках геотермальное месторождение может просто исчезнуть или поменять режим так, что работа станции станет невыгодной.

Геотермы вообще недостаточно изучены. Поверхностные, более легкодоступные геотермы часто имеют довольно короткий срок жизни. Исследования же глубоко залегающих, более крупных геотермальных месторождений требуют больших средств. Пока российская экономика живет за счет высоких цен на углеводородное сырье, научные и практические работы по геотермам будут оставаться недофинансированными. Это приведет к тому, что Россия, некогда первой применившая бинарную технологию, вновь окажется в хвосте, как и со сланцевым газом.

«Хотим, не хотим, а развивать будем»

Вряд ли геотермальная энергия придет в каждый дом. В России, во всяком случае, не завтра. Низкотемпературные технологии получения электричества пока еще дороги, а самое главное — в платформенных областях, где проживает большая часть населения России, горячие напорные подземные воды редки. Поэтому в ближайшее время можно ожидать только развития применения тепловых насосов, которые позволяют напрямую использовать тепло земли.

Возможности для постройки ГеоТЭС, кроме Камчатки и Курил, существуют на Урале, в Краснодарском крае, на Ставрополье. Анализируются возможности строительства ГеоЭС в южных областях Западной Сибири. «А вообще, должна быть энергетическая стратегия по регионам, комплексный подход. Если есть возможность построить геотермальную электростанцию — надо строить: это и дешевая энергия, и отсутствие потребности в углеводородном сырье», — считает Колесников.

Алексей Кирюхин уверен, что геотермальную энергию можно получать всюду — вопрос в количестве и качестве. Но, конечно, для гидротермальных электростанций главным ограничивающим фактором еще долго будет служить строгая привязанность к источникам тепла.

Даже если экономия на геотермальной электроэнергии окажется меньше ожидаемой, выигрыш для природы очевиден. Валентина Свалова из Института геоэкологии РАН в работе «Геотермальные ресурсы России и их комплексное использование» показала, что если за счет геотермальной энергетики удастся достичь выработки электричества в 7800 ГВт.ч, то это позволит сэкономить 15,4 млн баррелей нефти, что исключит выброс приблизительно 7 млн тонн СО2.

Возобновляемость и дешевизна делают геотермальную энергию крайне привлекательной. «Хотя геотермальные электростанции имеют более низкий потенциал, дают меньшую мощность, они не требуют использования углеводородного сырья, — повторяет Колесников. — Ситуация с нефтью понятна, цены будут только расти, поэтому, хотим мы или не хотим, а геотермальную энергетику развивать будем».

Суммарная мощность геотермальных электростанций

Татьяна Крупина

Возобновляемое устройство может помочь смягчить последствия изменения климата, обеспечить питание медицинских устройств — ScienceDaily

Ученые из Массачусетского университета в Амхерсте разработали устройство, которое использует натуральный белок для производства электричества из влаги в воздухе. последствия для будущего возобновляемых источников энергии, изменения климата и будущего медицины.

Как сообщалось сегодня в Nature , лаборатории инженера-электрика Джун Яо и микробиолога Дерека Ловли из Университета Массачусетса в Амхерсте создали устройство, которое они назвали «Генератором воздуха» или генератором с воздушным приводом, с электропроводящими белковыми нанопроводами, производимыми микробом. Геобактер.Air-gen соединяет электроды с белковыми нанопроводами таким образом, что электрический ток генерируется из водяного пара, естественным образом присутствующего в атмосфере.

«Мы буквально производим электричество из воздуха», — говорит Яо. «Air-gen производит чистую энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю». Лавли, который разрабатывает экологически безопасные электронные материалы на основе биологии более трех десятилетий, добавляет: «Это самое удивительное и захватывающее применение белковых нанопроволок».

Новая технология, разработанная в лаборатории Яо, не загрязняет окружающую среду, является возобновляемой и недорогой.Он может генерировать электроэнергию даже в районах с очень низкой влажностью, таких как пустыня Сахара. По словам Ловли, он имеет значительные преимущества перед другими видами возобновляемой энергии, включая солнечную и ветровую, потому что в отличие от этих других возобновляемых источников энергии Air-gen не требует солнечного света или ветра и «работает даже в помещении».

Для устройства Air-gen требуется только тонкая пленка из белковых нанопроволок толщиной менее 10 микрон, объясняют исследователи. Нижняя часть пленки опирается на электрод, в то время как электрод меньшего размера, который покрывает только часть пленки нанопроволоки, находится сверху.Пленка адсорбирует водяной пар из атмосферы. Комбинация электропроводности и химического состава поверхности белковых нанопроволок в сочетании с тонкими порами между нанопроводами внутри пленки создает условия, при которых между двумя электродами генерируется электрический ток.

Исследователи говорят, что нынешнее поколение устройств Air-gen может приводить в действие небольшую электронику, и они планируют вскоре довести изобретение до коммерческого масштаба. Следующие шаги, которые они планируют, включают разработку небольшого «патча» Air-gen, который может питать электронные носимые устройства, такие как мониторы для здоровья и фитнеса, а также умные часы, что устранит необходимость в традиционных батареях.Они также надеются разработать Air-gens для сотовых телефонов, чтобы исключить периодическую зарядку.

Яо говорит: «Конечной целью является создание крупномасштабных систем. Например, технология может быть включена в краску для стен, которая может помочь в обеспечении электропитания вашего дома. Или мы можем разработать автономные генераторы с пневматическим приводом, которые обеспечивают отключение электричества. Как только мы перейдем к промышленному производству проводов, я полностью ожидаю, что мы сможем создать большие системы, которые внесут значительный вклад в устойчивое производство энергии.«

Продолжая развивать практические биологические возможности Geobacter, лаборатория Ловли недавно разработала новый штамм микробов для более быстрого и недорогого массового производства белковых нанопроволок. «Мы превратили E. coli в фабрику по производству белковых нанопроволок», — говорит он. «Благодаря этому новому масштабируемому процессу поставка белковых нанопроволок больше не будет узким местом для разработки этих приложений».

По их словам, открытие Air-gen отражает необычное междисциплинарное сотрудничество. Ловли обнаружил микроб Geobacter в иле реки Потомак более 30 лет назад.Позже его лаборатория обнаружила его способность производить электропроводящие белковые нанопроволоки. До прихода в Университет Массачусетса в Амхерсте Яо годами проработал в Гарвардском университете, где разрабатывал электронные устройства с кремниевыми нанопроводами. Они объединили свои усилия, чтобы посмотреть, можно ли создать полезные электронные устройства из белковых нанопроволок, собранных с Geobacter.

Лю Сяомэн, доктор философии. Студент в лаборатории Яо, занимался разработкой сенсорных устройств, когда заметил нечто неожиданное. Он вспоминает: «Я видел, что когда нанопроволоки контактировали с электродами определенным образом, устройства генерировали ток.Я обнаружил, что воздействие атмосферной влажности имеет важное значение и что белковые нанопроволоки адсорбируют воду, создавая градиент напряжения на устройстве ».

Помимо Air-gen, лаборатория Яо разработала несколько других приложений с белковыми нанопроводами. «Это только начало новой эры электронных устройств на основе белков», — сказал Яо.

Исследование было частично поддержано посевным фондом через Управление коммерциализации технологий и венчурного капитала Университета Массачусетса Амхерст и фондами развития исследований Колледжа естественных наук университетского городка.

Использование атмосферного электричества для питания коронирующего двигателя

Вот как я сбежал мой коронный двигатель, тип электростатического двигателя, с использованием электричества, вырабатываемого атмосферным электричеством. Корона мотор сидел у земли, к нему был подсоединен один конец длинного провода. Другой конец провода был поднят примерно на 120 метров / 390 футов. подняться в воздух с помощью геккоптера. В результате корона цилиндр двигателя вращался от высокого напряжения и электрического ток от провода.

Двигатель Corona работает. Катушка оставшейся проволоки находится слева.
Удерживая трос, пока гексакоптер поднимается.
Гексакоптер поднимается по проводам внизу.
Взгляд вниз во время одного пробного запуска.
Установка для производства атмосферной электроэнергии.

Как работает атмосферное электричество

В хорошую погоду между землей и вокруг есть напряжение. 50 км / 31 миля при напряжении около 400000 вольт (см. Диаграммы ниже) по словам лауреата благородной премии физика Лекция Ричарда Фейнмана по физике, том 2, раздел 9.Скорость изменения по мере того, как вы поднимаетесь, неодинакова но здесь, у земли, напряжение увеличивается примерно на 100 вольт на метр на каждый метр, который вы поднимаете (или 30 вольт на фут на каждый метр). ногой ты идешь.)

На высоте 390 футов / 120 метров мы подняли провод, который работает на примерно 12000 вольт.

Люди, деревья, здания и т. Д. Обычно достаточно электрически проводящий, чтобы иметь потенциал земли, поэтому эквипотенциальные линии изгибаются вокруг них.Это означает, что получить энергию от атмосферного электричества, как это вам нужно сделать в чистом поле.

Электрический ток состоит из ионов, заряженных молекул и частиц, в воздухе. Положительно заряженные опускаются, а любой свободный отрицательный электроны идут вверх. Они движутся медленно и не многочисленны, то есть там ток около 10 мкА или 10 пикоампер, пересекающий каждый квадратный метр или ярд, каждую секунду.

На диаграмме ниже вы можете видеть, что электроны текут от земли. вверх провод из-за напряжения.Это произведенная электроэнергия. Вверху проволоки есть шесть острых углов, сделанных с помощью швейных булавок. Электроны уходят в этих острых точках и нейтрализуют нисходящий поток. положительные ионы, позволяя большему количеству электронов течь вверх по проводу.

Как работает производство электроэнергии.
Шесть острых углов.

Видео — Атмосферное электричество, приводящее в действие коронный двигатель / электростатический двигатель

В следующем видео показаны шаги, ведущие к успешному питание коронного двигателя от атмосферного электричества, так как ну и сам успешный пробег.

Следующее видео дает подробное объяснение того, как атмосферный электричество работает для выработки электроэнергии, в том числе для корона мотор.

Новое устройство

может генерировать электричество из воздуха с использованием бактериального белка, говорится в исследовании

, Бостон: исследователи разработали новое устройство, которое использует природный белок, полученный из бактерий, для выработки электричества из влаги в воздухе. работают внутри помещений в отличие от солнечных и ветряных генераторов.Устройство, описанное в журнале Nature, называется «Air-gen», или генератор с воздушным приводом, и сделано с использованием ультрамалых электропроводящих белковых проводов, произведенных микробом Geobacter, который был обнаружен в иле реки Потомак в США. более 30 лет назад.

По словам исследователей из Массачусетского университета (UMass) в Амхерсте в США, Air-gen соединяет электроды с крошечными протеиновыми проводами таким образом, что генерирует электрический ток из водяного пара, естественным образом присутствующего в атмосфере.

«Мы буквально производим электричество из воздуха. Air-gen вырабатывает чистую энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю», — сказал Джун Яо, соавтор исследования из Университета Массачусетса в Амхерсте.


Устройство, по словам ученых, экологически чистое, возобновляемое и недорогое.

Они добавили, что он может генерировать электроэнергию даже в районах с чрезвычайно низкой влажностью, таких как пустыня Сахара.

По словам Дерека Лавли, другого соавтора исследования из Университета Массачусетса в Амхерсте, устройство имеет значительные преимущества по сравнению с другими видами возобновляемой энергии, включая солнечную и ветровую, поскольку «оно работает даже в помещении.»

Air-gen требует только тонкой пленки из крошечных белковых проволок толщиной менее 10 микрометров, которые поглощают водяной пар из атмосферы, говорят ученые.

Нижняя часть пленки, добавили они, опирается на электрод, в то время как электрод меньшего размера, который покрывает только часть пленки белковой проволоки, находится сверху.

Обладая особыми химическими особенностями поверхности и способностью проводить электричество, эти крошечные белковые проволочки и мелкие поры между ними создают условия, благоприятные для генерации электрического тока между двумя электродами, говорится в исследовании.

Ученые надеются расширить масштабы этой технологии для питания малой электроники.

«Конечной целью является создание крупномасштабных систем. Например, технология может быть включена в краску для стен, которая может помочь в обеспечении электропитания вашего дома. Или мы можем разработать автономные генераторы с пневматическим приводом, которые поставляют электричество из сети. , «Сказал Яо.

«Когда мы перейдем к промышленному производству проволоки, я полностью ожидаю, что мы сможем создать большие системы, которые внесут значительный вклад в устойчивое производство энергии», — добавил он.

Ученые недавно разработали новый штамм микробов для более быстрого и недорогого массового производства белковых проводов.

«Мы превратили E. coli в фабрику по производству белковых нанопроволок. Благодаря этому новому масштабируемому процессу поставка белковых нанопроволок больше не будет узким местом для разработки этих приложений», — сказал Лавли.

(Единый пункт назначения для MSME, ET RISE предоставляет новости, обзоры и анализ по GST, экспорту, финансированию, политике и управлению малым бизнесом.)

Загрузите приложение The Economic Times News, чтобы получать ежедневные обновления рынка и новости бизнеса в реальном времени.

Теория причины атмосферного электричества

Идея о том, что Солнце испускает большое количество лучей Беккереля, нашла значительную поддержку в научном мире и использовалась для объяснения ряда трудностей, связанных с космической физикой, например Например, источник солнечной энергии и хвосты комет. Есть еще одна старая постоянная трудность, которую он, кажется, может решить, а именно. постоянное поддержание электрического поля в нижних частях земной атмосферы.Если мы примем как должное, что Солнце постоянно испускает лучи Беккереля, состоящие из положительных и отрицательных электронов, можно ожидать, что следствием этого будет следующее. Некоторые электроны, которые достигают земной атмосферы, будут поглощаться — вероятно, в основном водяным паром и пылью в нижних слоях атмосферы — но, согласно экспериментам Резерфорда, скорее положительные, чем отрицательные; таким образом, мы можем ожидать, что большее количество отрицательных электронов достигнет поверхности, соответствующее количество положительных электронов задерживается воздухом.Мы сразу видим причину положительного заряда воздуха и соответствующего отрицательного заряда на поверхности. Если бы не было «диссипации», результатом была бы постоянная зарядка атмосферы или постоянно увеличивающийся градиент потенциала над земной поверхностью; но есть рассеяние, которое уравновешивает тенденцию к увеличению электрического поля. Если бы у нас была постоянная диссипация, результатом был бы максимальный градиент потенциала днем ​​и минимум ночью, поскольку мы должны предположить, что днем ​​больше электронов достигает атмосферы, чем ночью.Но мы знаем из измерений Эльстера и Гейтеля, что диссипация достигает максимума в полдень; это будет иметь тенденцию к уменьшению максимального градиента потенциала, который в противном случае был бы достигнут примерно в это время. Это соображение полностью согласуется с фактом, поскольку Экснер описал дневное изменение градиента потенциала как «простой дневной период, искаженный полуденной депрессией». При достаточно постоянном суточном периоде входа электронов в атмосферу главным определяющим фактором градиента потенциала будет диссипация; таким образом, мы находим максимальный градиент потенциала зимой с соответствующей минимальной диссипацией.Связь между градиентом потенциала и диссипацией была тщательно исследована Эльстером и Гейтелем, и они экспериментально обнаружили, что то, что имеет тенденцию уменьшать диссипацию, имеет тенденцию увеличивать градиент потенциала, чего и следовало ожидать от теории. Мне кажется, что эта теория может объяснить гораздо больше проблем атмосферного электричества, но изложенное выше показывает общую идею.

Атмосферное электричество в Солнечной системе

Резюме

Электричество возникает в атмосферах планет Солнечной системы и за ее пределами, охватывая впечатляющие молнии в облаках воды или пыли, до более тонких эффектов заряда и электрических полей.На Земле молнии, вероятно, существовали в течение долгого времени, на основе свидетельств от ископаемых ударов молний в древних породах, но наблюдения планетарных молний обязательно происходят гораздо позже. Возникновение и наблюдение за молнией и другими атмосферными электрическими процессами, как на основе измерений внутри атмосферы, так и с помощью дистанционного зондирования космических аппаратов, можно легко изучить с помощью сравнительного планетологического подхода с использованием Земли в качестве модели.

Все атмосферы содержат заряженные молекулы, электроны и / или молекулярные кластеры, созданные ионизацией космических лучей и другими процессами, которые могут влиять на энергетический баланс атмосферы как за счет образования аэрозолей и облаков, так и за счет прямого поглощения излучения.Предполагается, что на нескольких планетах будет создана «глобальная электрическая цепь» по аналогии с цепью, возникающей на Земле, где грозы прогоняют ток ионов или электронов через слабопроводящие части атмосферы. Этот текущий поток может дополнительно изменять радиационные свойства атмосферы за счет эффектов облаков и аэрозолей.

Молния потенциально может иметь последствия для жизни из-за своего воздействия на химический состав атмосферы и перенос частиц. Он наблюдался на многих планетах Солнечной системы (Земля, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), а также может присутствовать на Венере и Марсе.На Земле, Юпитере и Сатурне молнии, как полагают, генерируются в глубокой воде и ледяных облаках, но разряды могут генерироваться в пыли, как при земных вулканических молниях, так и на Марсе. Другие, менее изученные механизмы, вызывающие разряды в облаках, отличных от воды, также кажутся вероятными. Открытие тысяч экзопланет недавно привело к ряду новых экзотических возможностей для атмосферного электричества, хотя обнаружение молний за пределами нашей Солнечной системы остается технической проблемой, которую необходимо решить.

Ученые создали гениальное устройство, вырабатывающее электричество «из чистого воздуха»

Они нашли его похороненным на илистом берегу реки Потомак более трех десятилетий назад: странный «осадочный организм», способный делать то, чего раньше никто не видел у бактерий.

Этот необычный микроб, принадлежащий к роду Geobacter , был впервые отмечен своей способностью производить магнетит в отсутствие кислорода, но со временем ученые обнаружили, что он может производить и другие вещи, например, бактериальные нанопроволоки, проводящие электричество.

В течение многих лет исследователи пытались найти способы с пользой использовать этот природный дар, и они, возможно, просто нажили грязь с помощью устройства, которое они называют Air-gen. По словам команды, их устройство может производить электричество из… ну, почти из ничего.

«Мы буквально производим электричество из воздуха», — говорит инженер-электрик Джун Яо из Массачусетского университета в Амхерсте. «Air-gen производит чистую энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю».

Это утверждение может показаться преувеличением, но новое исследование Яо и его команды описывает, как пневматический генератор действительно может вырабатывать электричество только при наличии воздуха вокруг него.Все это благодаря электропроводящим белковым нанопроволокам, производимым Geobacter ( G.surreducens, в данном случае).

Air-gen состоит из тонкой пленки белковых нанопроволок толщиной всего 7 микрометров, расположенной между двумя электродами, но также открытой для воздуха.

Благодаря такому воздействию пленка из нанопроволоки способна адсорбировать водяной пар, который существует в атмосфере, позволяя устройству генерировать непрерывный электрический ток, проводимый между двумя электродами.

Команда говорит, что заряд, вероятно, создается градиентом влажности, который создает диффузию протонов в материале нанопроволоки.

«Ожидается, что эта диффузия заряда вызовет уравновешивающее электрическое поле или потенциал, аналогичный мембранному потенциалу покоя в биологических системах», — объясняют авторы в своем исследовании.

«Поддерживаемый градиент влажности, который принципиально отличается от всего, что наблюдалось в предыдущих системах, объясняет непрерывное выходное напряжение нашего устройства на основе нанопроволоки.«

Открытие было сделано почти случайно, когда Яо заметил, что устройства, с которыми он экспериментировал, по-видимому, проводили электричество сами по себе.

« Я увидел, что когда нанопроволоки контактировали с электродами определенным образом, устройства генерировали ток, «Яо говорит.

« Я обнаружил, что воздействие атмосферной влажности имеет важное значение и что белковые нанопроволоки адсорбируют воду, создавая градиент напряжения на устройстве ».

Предыдущее исследование продемонстрировало получение гидроэлектрической энергии с использованием других видов наноматериалов, таких как графен — но эти попытки в значительной степени вызвали лишь короткие всплески электричества, длящиеся, возможно, всего несколько секунд.

Напротив, Air-gen выдает постоянное напряжение около 0,5 вольт с плотностью тока около 17 микроампер на квадратный сантиметр. Это не так уж и много энергии, но команда говорит, что подключение нескольких устройств может генерировать достаточно энергии для зарядки небольших устройств, таких как смартфоны и другая личная электроника, — и все это без отходов и с использованием только влажности окружающей среды (даже в таких засушливых регионах, как пустыня Сахара). .

«Конечной целью является создание крупномасштабных систем», — говорит Яо, объясняя, что будущие усилия могут использовать эту технологию для питания домов с помощью нанопроволоки, включенной в краску для стен.

«Как только мы перейдем к промышленному производству проволоки, я полностью ожидаю, что мы сможем создавать большие системы, которые внесут значительный вклад в устойчивое производство энергии».

Если есть препятствия для реализации этого, казалось бы, невероятного потенциала, так это ограниченное количество нанопроволоки G.

Связанное исследование, проведенное одним из членов команды — микробиологом Дереком Ловли, который впервые идентифицировал микробы Geobacter еще в 1980-х годах, может помочь исправить это: генетически сконструировать другие ошибки, такие как E.coli , чтобы проделать тот же трюк в больших количествах.

«Мы превратили E. coli в фабрику по производству белковых нанопроволок», — говорит Ловли.

«Благодаря этому новому масштабируемому процессу поставка белковых нанопроволок больше не будет узким местом для разработки этих приложений».

Результаты опубликованы в Nature .

Технология производит электричество из влаги в воздухе

Фото: UMass Amherst / Yao and Lovley labs

Исследователи из Американского университета Массачусетса в Амхерсте изобрели устройство Air-gen (генератор с воздушным приводом), которое использует природный белок для создания электричества из влажности воздуха.По их мнению, эта технология может иметь интересные последствия для будущего возобновляемой энергии, изменения климата и будущего медицины.

Air-gen представляет собой пленку толщиной всего в десяток микрон, состоящую из белковых нанопроволок, извлеченных из бактерии Geobacter Sulfurreducens. В этом фильме удается вырабатывать электричество из того, что содержится в атмосфере, что продемонстрировано работой микробиолога Дерека Ловли и исследователя Джун Яо, опубликованной в журнале Nature.« Мы буквально производим электричество из воздуха. Air-gen генерирует чистую энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Это самое удивительное и захватывающее применение белковых нанопроволок на сегодняшний день, », — объясняет Цзюнь Яо.

Белки, проводящие электричество

Производить электричество «из воздуха»? Это может показаться невероятным, но в статье описывается, как Air-gen создает энергию, используя только воздух вокруг себя.

Вот как это работает: белки в нанопроволоках электропроводны.Пленка, состоящая из нанопроволок, помещается между двумя электродами и экспонируется на воздухе. Поры пленки поглощают водяной пар, содержащийся в атмосфере. Создается градиент влажности, который вызывает ионизацию пленки: положительные заряды движутся в одном направлении, а электроны — в другом.

Это электричество не загрязняет окружающую среду и может производиться с низкими затратами с использованием электродов из инертного угля. Air-gen не нуждается в солнечном свете или ветре, в отличие от солнечной и ветровой энергии. Он также работает в помещении и может производить электричество даже в местах с очень низкой влажностью, например в пустынях.

Следующим шагом исследователей является разработка патча Air-gen, способного питать электронные устройства, такие как мониторы состояния здоровья, умные часы и сотовые телефоны, что позволит отказаться от батарей и периодической зарядки.

Произведенная в промышленных масштабах, эта технология может быть даже встроена в стены домов для снабжения их электричеством.

ИСТОЧНИК:

«Это устройство вырабатывает электричество из пара в воздухе», Intelligent Living, 7 декабря 2020 г. — www.Intelligentliving.co/device-generates-electricity-from-vapor-in-air

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.