Hållbarhet
En värld med ökande energibehov och minskande resurser måste nödvändigtvis söka nya kraftkällor.
Förnybar energi har varit ett flerårigt populärt samtalstema de senaste åren, men idén är långt ifrån allt tal om "toppolja": Till exempel är både vind- och solkraft hundraåriga idéer. USA: s patentnummer US389124,”Solar Cell”, är från 1888, medan vindkraften fortfarande är äldre: I Europa har vindkraftverk använts för att slipa spannmål under stora delar av det senaste årtusendet. (Men en väderkvarn användes först för att producera el relativt nyligen, år 1887 i Glasgow.)
Alternativ till fossila bränslen och andra icke-förnybara resurser fortsätter att utvecklas i dag. Här är 8 av dem. Även om många innebär betydande startkostnader och inte riktigt kan genomföras i stor skala, representerar de ändå spännande nya tankariktningar. Låt oss optimistiskt hoppas att de hjälper till att styra energiproduktionen mot en mer hållbar framtid (genom cool engineering).
1. Havvågor
Det här är en berättelse om en boj och en tjej. Det är en hemsk ordskift, men verkligen är det: Elingenjör Annette von Jouanne försöker utnyttja havets kraft via en noggrant byggd boj. Idén är anmärkningsvärt enkel: Förankra en koppartråd. Lägg en magnet runt den. Flytta magneten upp och ner (i det här fallet är det jobbet som lämnas till vågorna). Detta inducerar en elektrisk ström i ledningen, som många kommer att komma ihåg från gymnasiets laboratorium. Inspirerat av vattnets höjning medan han surfade utanför kusten på Hawaii gjorde von Jouanne idén större och satte den i havet i ett försök att utnyttja den ständigt befintliga kinetiska energin i havets vågor.
Det visar sig att idén fungerar: En boj som hon testade i sitt labb med en simulerad medelvåg producerade tre kilowatt kraft, eller tillräckligt för att driva två hus, vilket gav drivkraft för ytterligare tester. Hennes första prototyper fungerade dåligt, men som hon säger är genombrott nästan alltid födda av misslyckanden, och banan i hennes arbete är optimistisk: Under åren har hennes design förbättrats och hon har sedan sett en ökning av båda statliga vetenskapliga finansieringen och företagens intresse för ren energi.
Von Jouanne förblir en ledande figur inom det snabbt utvecklande området för vågenergiforskning och arbetar i hopp om att hennes bojar en dag kommer att bidra till att få ren förnybar kraft till allmänheten.
2. Papperskorgen
Idén är utopisk: en maskin som förvandlar papperskorgen till energi. I det här fallet har lite utopi motstått verkliga fälttest, om än i ett utopiskt land: USA-armén använde två avfallsdrivna generatorer för att driva sin verksamhet nära Bagdad, Irak. Detta hjälpte till att mildra flera problem för armén under fientliga förhållanden, eftersom det innebar ett minskat behov av bränslekonvojer och skräpkörningar, som båda var enkla attackmål. Så här kom armén att delvis köra på sina egna strimlade pappersarbete och matrester.
Systemet fungerar ungefär så här: torrt skräp som kartong och styrofoam komprimeras till pellets och värms tills det blir en syntetisk gas som är lika propan. Samtidigt jäms matrester och vätskor till etanol. Syngas och etanol kombineras för att driva generatoren. Generatorn behöver också lite extern energi, men den använder ungefär 5% av den diesel som en sådan generator normalt skulle behöva, medan basen producerar bara 1/30 av det skräp som det vanligtvis skulle göra.
Den amerikanska arméns utnyttjande har visat att skräpkraften är livskraftig, så det är kanske dags att använda vårt skräp att använda i ett mindre krigsförhållande.
3. Fotboll
Föreställ dig att använda den energi som genereras av ett fotbollsspel för att driva din läslampa. Det är exakt idén bakom Soccket, en fotboll som lagrar den kinetiska energin som genereras genom dess användning i spel som elektrisk kraft.
Jessica Matthews, en Harvard-grundutbildare med rötter i Nigeria, ville hitta ett sätt att använda fotboll, världens mest populära spel, för att förbättra människors liv i utvecklingsländer. Soccket, som kan producera 3 timmars LED-ljus med 30 minuters spel, är resultatet. Matthews säger att hon hoppas att hennes uppfinning kan ersätta användningen av fotogen och erinrar om besök i Nigeria där det giftiga lampbränslet gjorde det svårt för henne att andas.
Även om begränsningarna i projektet är tydliga - Sockets relativt höga kostnad, den lilla skalan som det producerar kraft på - är idén att skapa kraft ur spel en elegant.
4. Cyklar
Vänta din vev, slå på ett ljus? Cykeldrivna generatorer kan generera en hel del kraft: Till exempel kan en professionell cyklist trampa på över 400 watt i en timme (enbart dödlig kan producera hälften av det). Naturligtvis sätter detta knappt en plockning i de flesta människors energiförbrukning: Det genomsnittliga amerikanska hemmet använde 940 kilowattimmar per månad under 2011. Ändå är din cykel mer än tillräckligt för att ladda små enheter, samtidigt som du känner en sund känsla av hur mycket ansträngning en kilowattimmar verkligen innebär.
Vissa organisationer har satt cykelgeneratorer i rampljuset: Detta danska hotell erbjuder sina kunder målkuponger i utbyte mot att rida på sina generatorcyklar i 15 minuter, medan den San Francisco-baserade musikfestivalen Rock the Bike använder cyklar för att driva sitt ljud systemet.
Gör-det-själv-entusiaster kan hitta flera gratisplaner för att bygga en online.
5. Urin
Ibland ger knappa resurser innovativa lösningar. Fyra nigerianska flickor har skapat en metod för att generera el som drivs av kissa. Deras design extraherar väte från urin och kan producera sex timmars kraft för varje liter.
Naturligtvis har deras prototyp betydande begränsningar - dess elektrolytiska cell kräver energi för att starta, och dess bränslekälla, rent väte, är flyktig. Emellertid är deras uppfinning fortfarande en imponerande prestation av teknik, särskilt med tanke på deras åldrar: Ingen av dem var äldre än 15 år när projektet avslutades.
6. Hastighetsbultar
Pendlare i sydvästra England kanske skapar makt med sina bilar i dag: Staden har börjat installera elektrokinetiska vägramper. Varje ramp innehåller metallplattor som komprimeras när en bil passerar och driver en intern generator. Den resulterande producerade energin sträcker sig från 5 till 50 kW, beroende på det passerade fordonets vikt.
Den Dorset-baserade uppfinnaren Peter Hughes tillbringade 12 år på att utforma sitt koncept, vilket kan hjälpa till att driva trafikljus, vägskyltar och annan stadsinfrastruktur.
7. Marinmikrober
För en lekmannobservatör verkar elproducerande mikrober växa i utkanten av science och science fiction. Men de är väldigt verkliga: Forskare vid universitetet i East Anglia har studerat en bakteriestam som heter Shewanella oneidensis, som producerar proteiner som kan överföra elektricitet till metaller.
Den marina mikroben har framgångsrikt syntetiserats konstgjord, och laboratorietester har visat att energin som produceras av proteiner på dess yta kan utnyttjas för elektrisk kraft. Dr Tom Clarke, en biolog vid East Anglia, förklarar:
Forskare har känt under en längre tid bakterier påverkar mineraler och metaller, men det är första gången det har visats att de släpper ut en elektrisk ström direkt. Det kan finnas andra arter som gör det ännu bättre än vårt. Dessa bakterier uppvisar stor potential som mikrobiella bränsleceller, där el kan genereras genom nedbrytning av hushålls- eller jordbruksavfallsprodukter.
8. Vindbälten
Idén om vindkraftverk är en etablerad i alternativa energikretsar, men idén om ett vindbälte är relativt ny: Shawn Frayne tänkte på den under en 2004-resa till ett fiskesamhälle utanför nätet på Haiti. Till skillnad från en traditionell växlad turbin, som använder vind för att driva sina rotorer, använder en vindbälte ett aerodynamiskt fenomen som kallas aeroelastisk fladder för att dra energi från vinden.
Tekniken kan utvinna energi från vinden i skalor och kostnader som är otillgängliga för traditionella turbiner. Leds av Frayne arbetar Humdinger Wind Energy Group för närvarande med att utveckla och distribuera flera storlekar och modeller av sin prototyp runt om i världen - nu finns vindbelter i Hong Kong, Spanien, Ecuador och Kanada.
