Γιατί δεν χρησιμοποιούμε το Lightning ως πηγή ενέργειας;

Η δύναμη ενός κεραυνού είναι πολύ μεγάλη για να αξιοποιηθεί από τη σημερινή τεχνολογία. Τα ηλεκτρικά εξαρτήματα που θα ήταν απαραίτητα για να συλλάβουν την ενέργεια ενός κεραυνού θα καταστραφούν από την αστάθεια του μπουλονιού. Επιπλέον, ο κεραυνός είναι ένα σποραδικό γεγονός, επομένως θα ήταν δύσκολο να βασιστείτε σε αυτόν ως πηγή ενέργειας.

Αν έχετε παρακολουθήσει ποτέ την ταινία Back to the Future (1985) , τότε μάλλον θυμάστε τον τρόπο με τον οποίο ο Doc Brown ανακαλύπτει μια νέα τεχνική για να στείλει τον Marty από το έτος 1955 έως το έτος 1985. Για να τροφοδοτήσει τη μηχανή του χρόνου, χρειαζόταν μια τεράστια ποσότητα ενέργειας. Χωρίς διαθέσιμο πλουτώνιο, υπέθεσε ότι μόνο οι κεραυνοί μετέφεραν αρκετή ενέργεια για να τροφοδοτήσει επαρκώς τη μηχανή του χρόνου. Επειδή ήξερε ακριβώς πότε και πού θα συμβεί ένας κεραυνός, χρησιμοποίησε τη δύναμη του κεραυνού για να στείλει τον Marty πίσω στο μέλλον! Πολύ προσεγμένο, ε;

Σκεπτόμενοι με τον ίδιο τρόπο, έχετε αναρωτηθεί ποτέ εάν μπορούμε να εκμεταλλευτούμε την ενέργεια από ένα ηχηρό χτύπημα κεραυνού;

Κεραυνός

Κάθε φορά που ακούτε ένα βουητό στον ουρανό, δευτερόλεπτα αργότερα, κοιτάζετε πάντα ψηλά και βλέπετε μερικά φανταχτερά ζιγκ-ζαγκ μοτίβα κεραυνών που διασχίζουν τον ουρανό. Βασικά, ο κεραυνός είναι ένα ηλεκτρικό ρεύμα που σχηματίζεται κυρίως μέσα στα σύννεφα, αλλά μερικές φορές σχηματίζεται μεταξύ των σύννεφων και του εδάφους, με αποτέλεσμα αυτό που ονομάζουμε αστραπή .

Power of a Lightning Strike

Ο κεραυνός δεν είναι μόνο φωτεινός, αλλά και ζεστός. Η θερμοκρασία του κεραυνού είναι περίπου 27.000 βαθμοί Κελσίου, που είναι περίπου έξι φορές μεγαλύτερη από την επιφάνεια του ήλιου! Όταν συμβεί κεραυνός, μπορεί να κάψει τον περιβάλλοντα αέρα λόγω της ακραίας θερμοκρασίας του. Ο κεραυνός μεταφέρει λίγα δισεκατομμύρια τζάουλ ενέργειας. Για να το θέσουμε σε προοπτική, ένας κεραυνός μπορεί να μεταφέρει τόση ενέργεια όσο μερικές εκατοντάδες λίτρα βενζίνης.

Η ενέργεια και η ισχύς έχουν μια απλή σχέση — η ηλεκτρική ισχύς μπορεί να υπολογιστεί διαιρώντας την τιμή της ενέργειας με το χρόνο. Δεδομένου ότι μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας διέρχεται μέσω του αέρα σε απειροελάχιστα μικρό χρονικό διάστημα (μερικά μικροδευτερόλεπτα), η ηλεκτρική ισχύς που σχετίζεται με τον κεραυνό είναι επίσης πολύ υψηλή.

Παρά το γεγονός ότι είναι φορέας τεράστιας ποσότητας ενέργειας, η εξαγωγή ενέργειας από έναν κεραυνό για την τροφοδοσία των σπιτιών μας δεν είναι τεχνικά εφικτή.

Προκλήσεις που σχετίζονται με την αξιοποίηση ενέργειας από κεραυνό

Χρειάζεται εγκατάσταση εξαιρετικά εξελιγμένων ηλεκτρικών συστημάτων υψηλής ισχύος

Πρώτα απ 'όλα, η απορρόφηση των κεραυνών που προσπίπτουν και στη συνέχεια η ομαλή μετατροπή τους σε ηλεκτρική ενέργεια για να τροφοδοτούν εύκολα τα σπίτια και τις βιομηχανίες μας θα ήταν ένα επίπονο έργο μηχανικής. Για να γίνει αυτό, θα χρειαστεί να επανασχεδιάζουμε τα ηλεκτρικά μας συστήματα και να εγκαταστήσουμε πολύπλοκα συστήματα ισχύος για τη σύλληψη κεραυνών. Για να προσελκύσετε και να συλλάβετε τους κεραυνούς, απαιτείται εξελιγμένος εξοπλισμός όπως ψηλές μεταλλικές ράβδους σιδήρου που εκτείνονται ψηλά πάνω από το έδαφος. Αυτό θα ήταν επικίνδυνο και θα συνεπαγόταν πολλούς κινδύνους για την ασφάλεια.

Ωστόσο, η μεγαλύτερη πρόκληση θα ήταν να απορροφηθεί η τεράστια έκρηξη ενέργειας ανά μονάδα επιφάνειας που φέρνει μαζί της οι κεραυνοί. Τα σημερινά ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπως πυκνωτές, τρανζίστορ, IC, σφόνδυλοι κ.λπ. δεν είναι πραγματικά σχεδιασμένα για να αντέχουν σε ξαφνικές εκρήξεις ηλεκτρισμού. Κατά μέσο όρο, ένας κεραυνός περιέχει 5 δισεκατομμύρια τζάουλ ενέργειας. Επιπλέον, διαρκεί μόλις και μετά βίας περισσότερο από μερικά μικροδευτερόλεπτα (πολύ σύντομο χρονικό διάστημα όταν μιλάμε για δισεκατομμύρια τζάουλ), γεγονός που καθιστά πολύ δύσκολη τη γρήγορη σύλληψη τόσο πολλής ενέργειας.

Μεγάλη διακύμανση στην ένταση

Δεν παρατηρείται σταθερή ισχύς σε κεραυνούς. Αν και αναφέραμε περίπου 5 δισεκατομμύρια joules, αυτή είναι μια πρόχειρη εκτίμηση. Στην πραγματικότητα, αυτό το ποσό ποικίλλει πάρα πολύ. Σε ορισμένες αστραπές, η ισχύς μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερη από τη μέση τιμή, ενώ σε άλλες μπορεί να είναι γελοία χαμηλή. Επομένως, αυτό καθιστά την ιδέα της δημιουργίας ενός συστήματος αστραπής εξουδετέρωσης αρκετά απρόβλεπτη και μη πρακτική.

Σποραδική φύση και ανομοιόμορφη κατανομή

Έπειτα, υπάρχει το γεγονός ότι οι κεραυνοί είναι εντελώς σποραδικοί. Ορισμένες περιοχές δέχονται πολύ περισσότερες κεραυνές, ενώ άλλες είναι σχεδόν ανοσίες σε τέτοια καιρικά μοτίβα.

Ποτέ δεν ξέρεις πού θα χτυπήσουν (Συντελεστές:Efire/Shutterstock)

Αν και υπάρχουν λίγα εκατομμύρια κεραυνοί στη Γη κάθε χρόνο, η κατανομή αυτών των χτυπημάτων είναι πολύ λοξή. Οι περισσότεροι κεραυνοί συμβαίνουν σε τροπικές και απομακρυσμένες ορεινές περιοχές. Ο σχεδιασμός και η εγκατάσταση υπερσύγχρονης αποθήκευσης και μετατροπής ενέργειας σε τέτοιες γεωγραφικές τοποθεσίες είναι ακόμη πιο δύσκολη από οικονομική άποψη. Επιπλέον, το έργο της διανομής αυτής της ενέργειας σε μια πολυπληθή περιοχή θα συνεπαγόταν το δικό της σύνολο επιχειρησιακών προκλήσεων.

Υπερβολική ισχύς. όλα ταυτόχρονα

Ένα άλλο μεγάλο πρόβλημα με τη σύλληψη κεραυνών είναι η δυναμική του ηλεκτρισμού. Ο κεραυνός φέρνει μαζί του μια πολύ υψηλή τάση, κατά τις εντολές των κιλοβολτ. Οι περισσότερες ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές ή συσκευές που χρησιμοποιούμε λειτουργούν σε σχετικά χαμηλότερες τάσεις. Χιλιάδες βολτ εμφανίζονται και εξαφανίζονται σχεδόν ακαριαία. Αυτή η πτητική φύση του κεραυνού είναι πιθανό να βλάψει τον εξοπλισμό, καθώς μια τεράστια ποσότητα ενέργειας εναποτίθεται ταυτόχρονα. Τα σημερινά ηλεκτρονικά μας εξαρτήματα δεν είναι πραγματικά σχεδιασμένα για να αντέχουν τέτοιες ξαφνικές παρορμητικές αιχμές της τάσης. Οι μπαταρίες - ένα βασικό ηλεκτρονικό εξάρτημα - θα ήταν επίσης ευαίσθητες σε μια τέτοια απότομη ροή ενέργειας. Συμβατικά, οι μπαταρίες είναι σχεδιασμένες να φορτίζουν αργά και σταθερά.

Επίσης, μεγάλο μέρος της ενέργειας του κεραυνού διαχέεται με τη μορφή θερμότητας και φωτός. Η πραγματική ηλεκτρική ενέργεια που είναι διαθέσιμη για μετατροπή είναι πολύ λιγότερη.

Κατανόηση της αδυναμίας με ένα παράδειγμα

Ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε γιατί δεν είναι τόσο καλή ιδέα για να αξιοποιήσετε την ενέργεια από έναν κεραυνό με έναν πρόχειρο υπολογισμό. Ένα τυπικό μπουλόνι θα παρείχε περίπου 300 κιλοβατώρες ενέργειας. Ένα μέσο αμερικανικό σπίτι χρησιμοποιεί περίπου 1000 κιλοβατώρες ηλεκτρικής ενέργειας ανά μήνα κατά μέσο όρο. Έτσι, ακολουθώντας αυτόν τον υπολογισμό και υποθέτοντας ότι θα μπορούσαμε να εγκαταστήσουμε με κάποιο τρόπο ένα σύστημα αξιοποίησης της ενέργειας κεραυνών στο σπίτι, θα απαιτούνται τρεις κεραυνοί κάθε μήνα. Σκεφτείτε πόσο πιθανό είναι να υπάρξουν τρεις εγγυημένοι κεραυνοί στο ίδιο σημείο όπου είναι εγκατεστημένο το σύστημα αξιοποίησης ενέργειας; Αρκετά σπάνιο, σωστά; Ακόμη και αν υποθέσουμε ότι θα μπορούσαμε με κάποιο τρόπο να σχεδιάσουμε ένα σύστημα αξιοποίησης ενέργειας, είναι πολύ απίθανο να δεχτεί κεραυνό σε τακτική/προβλέψιμη βάση. Η αστάθεια των κεραυνών από μόνη της είναι μια ταλαιπωρία που πρέπει να αντιμετωπιστεί, πόσο μάλλον οι μηχανικοί περιορισμοί της σύλληψης και αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας από έναν κεραυνό.

Μια τελευταία λέξη

Ο κεραυνός, θεωρητικά, είναι μια τεράστια πηγή ενέργειας. Ωστόσο, είναι καλύτερο να το χρησιμοποιείτε μόνο όταν βρίσκεστε σε μια πολύ, πολύ απελπιστική κατάσταση, όπως όταν είστε κολλημένοι σε λάθος χρόνο και έχετε την τύχη να έχετε μια ιδιοφυΐα όπως ο Doc Brown να στέκεται δίπλα σας!