elektřina | Svět2000

Vědci nyní objevili světelné částice známé jako fotony, které by mohly pomoci při hledání energie z fúze.

Povaha světla může pomoci při hledání dokonalé elektřiny při fúzi

17. 9. 2024 Iveta Mauci 3 min read 205 Zobrazení ekologie, elektřina, energie, fotony, fúze, fyzika, světlo, tokamak

Vědci nyní objevili světelné částice známé jako fotony, které by mohly pomoci při hledání energie z fúze. Světlo prostupuje náš svět doslova i obrazně. Zahání tmu, přenáší telekomunikační signály mezi kontinenty a zviditelňuje neviditelné. Od vzdálených galaxií po nejmenší bakterie.

Provedením řady matematických výpočtů vědci zjistili, že jedna ze základních vlastností fotonu je topologická, což znamená, že se nemění, ani když se foton pohybuje různými materiály a prostředími.

Touto vlastností je polarizace, směr doleva nebo doprava, kterým se elektrická pole pohybují kolem fotonu. Kvůli základním fyzikálním zákonům pomáhá polarizace fotonu určit směr, kterým se foton pohybuje a omezuje jeho pohyb. Proto se paprsek světla tvořený pouze fotony s jedním typem polarizace nemůže šířit do každé části daného prostoru.

Protože se vědci po celém světě snaží využít proces fúze k výrobě ekologické elektřiny, pomáhá světlo také s ohřevem plazmy v zařízeních tvaru prstence, známých jako tokamaky.

Zjednodušení složitého problému

I když vědci studovali jednotlivé fotony, dělali to jako způsob, jak vyřešit větší a obtížnější problém, jak využít paprsky intenzivního světla k vybuzení dlouhotrvajících poruch v plazmatu, které by mohly pomoci udržet vysoké teploty potřebné pro fúzi.

Tyto vlny, známé jako topologické vlny, se v tokomaku vyskytují často na hranici dvou různých oblastí, jako je plazma a vakuum na jejich vnějším okraji. Nejsou nijak zvlášť exotické. V zemské atmosféře se vyskytují přirozeně. Bohužel pomáhají produkovat El Niño, když shromažďují teplé vody v Tichém oceánu, které ovlivňuje počasí v Severní a Jižní Americe.

Aby vědci vytvořili tyto vlny v plazmě, musí mít o světle lepší znalosti. Konkrétně o stejném druhu vysokofrekvenčních vln používaných v mikrovlnných troubách, které fyzici k ohřevu plazmy již používají.

Rotující pohyb

Kromě zjištění, že polarizace fotonu je topologická, vědci zjistili, že rotující pohyb fotonů nelze rozdělit na vnitřní a vnější složky. Představte si Zemi. Ta se otáčí kolem své osy. Vytváří den a noc, obíhá kolem Slunce a vytváří roční období. Tyto dva typy pohybu se obvykle navzájem neovlivňují.

Například rotace Země kolem její osy nezávisí na její rotaci kolem Slunce. Ve skutečnosti lze tímto způsobem oddělit otáčivý pohyb všech hmotných objektů.

Umělecké pojetí fotonů, částic, které tvoří světlo, rozrušující plazmu.

Fotony

Vědci si už ale nebyli tak jisti částicemi, jako jsou fotony, které nemají hmotnost.

„Přesnější porozumění základní povaze fotonů by mohlo vést k tomu, že vědci navrhnou lepší světelné paprsky pro ohřev a měření plazmatu,“ řekl Hong Qin, hlavní výzkumný fyzik z PPPL amerického ministerstva energetiky (DOE) a spoluautor článku, který uvádí výsledky v Physical Review D.

Většina experimentátorů předpokládá, že moment hybnosti světla lze rozdělit na spin a orbitální moment hybnosti. Mezi teoretiky se však vedla dlouhá debata o správném způsobu, jak toto dělení provést, nebo zda je vůbec možné toto dělení provést. Naše práce pomáhá urovnat tuto debatu a ukazuje, že moment hybnosti fotonů nelze rozdělit na spinové a orbitální složky, řekl Erik Palmerduca

Všechny tyto poznatky o fotonech dávají výzkumníkům jasnější obrázek o tom, jak se světlo chová. S větším pochopením světelných paprsků doufají, že přijdou na to, jak vytvořit topologické vlny, které by mohly být užitečné pro výzkum fúze.

Poznatky pro teoretickou fyziku

Palmerduca poznamenává, že nálezy fotonů demonstrují sílu PPPL v teoretické fyzice. Zjištění se vztahují k matematickému výsledku známému jako Věta o vlasech.

„Věta říká, že pokud máte kouli pokrytou vlasy, nemůžete si je všechny rozčesat naplocho, aniž byste vytvořili kouli. Fyzici si mysleli, že to znamená, že nemůžete mít světelný zdroj, který vysílá fotony ve všech směrech současně,“ řekl Palmerduca. On a Qin však zjistili, že to není správné, protože teorém nebere v úvahu, matematicky, že fotonová elektrická pole se mohou otáčet.

Zdroj: PPPL, EurekAlert, Energy.gov, Physical Review D

Geny lze ovládat elektřinou

5. 8. 2023 Petr Kovanda 0 komentářů 3 min read 698 Zobrazení DNA, elektřina, geny, ovládání, Švýcarsko

Medicína Nové Zajímavosti

Lidské geny lze aktivovat nebo deaktivovat pomocí elektřiny. Dokládá to experimentální technologie vyvinutá švýcarskými vědci, která využívá slabé elektrické impulsy ke spuštění produkce inzulínu. Vědci se domnívají, že další vývoj této technologie by mohl vést k implantátům, které lze použít k aktivaci konkrétních genů, což by mohlo otevřít cestu k vývoji terapií pro léčbu různých zdravotních problémů souvisejících s geny, píše Nature.com.

Vědci vyvinuli prototyp implantátu, který dokáže řídit expresi genů a produkci hormonů pomocí elektrické stimulace. Exprese genů je proces, při kterém se přečte genetická informace a na jejím základě se vytvoří bílkoviny nebo různé formy RNA. Odborníci se domnívají, že po dalším vývoji této technologie bude možné vytvořit zařízení, která pomohou léčit řadu nemocí, mimo jiné i cukrovku prvního typu.

Většina genů funguje jako návod k použití, který buňkám ukazuje, jak mají vyrábět konkrétní bílkoviny. Téměř každá buňka v těle obsahuje kopie všech našich genů, ale většina z nich je umlčena a pouze některé jsou aktivní.

Jedním ze způsobů, jak se tělo rozhoduje, které geny má exprimovat, je označování sekvencí DNA chemickými sloučeninami. Geny zapnuté nebo vypnuté v nevhodnou dobu však mohou způsobit onemocnění. Proto mnoho výzkumníků hledá způsoby, jak ručně řídit expresi genů v buňkách.

– Již dlouhou dobu chceme přímo řídit expresi genů pomocí elektřiny. Nyní se nám to konečně podařilo,“ říká hlavní autor objevu Martin Fussenger ze Spolkové polytechnické univerzity v Curychu.

Vědci zkoumají mnoho různých způsobů, jak ovlivnit expresi genů. Používají léky, světlo, úpravu genů pomocí techniky CRISPR-Cas9 a nyní také elektřinu. První úspěšné pokusy o sestrojení podobného implantátu proběhly již v roce 2020. Tehdy však bylo k výrobě inzulinu zapotřebí vysokého napětí elektřiny a spousta času.

Nyní se týmu ze Švýcarska podařilo vyvinout bezpečnější a účinnější způsob spouštění genové exprese. Článek o tom vyšel v časopise Nature Metabolism (DOI: 10.1038/s42255-023-00850-7).

V nové studii se švýcarští vědci pokusili povzbudit buňky k produkci inzulínu. Za tímto účelem implantovali myším do těla gelovou kapsli obsahující buňky slinivky břišní. Ty byly upraveny tak, aby v nich elektrická stimulace vyvolala expresi genu potřebného k produkci inzulínu. V těchto buňkách probíhá řetězová reakce v reakci na reaktivní formy kyslíku – nestabilní radikály obsahující kyslík, které vznikají při použití elektřiny -, která nakonec aktivuje potřebný gen.

Pár akupunkturních jehel zavedených do kůže přivádí do buněk nízkonapěťový proud ze sady baterií, které se nosí zevně. Studie prokázaly, že pouhých 10 sekund takové stimulace denně stačí ke stabilizaci hladiny cukru v krvi u myší.

Důkaz konceptu

Studie poskytuje důkaz konceptu. Existuje velká šance, že bude možné výsledky tohoto výzkumu převést na člověka. Pravděpodobně by lidé s cukrovkou potřebovali mnohem více upravených buněk, aby produkovali dostatečné množství inzulínu pro léčbu.

Vědci oznamují další práci, která by měla nakonec vést ke konstrukci implantátů pro diabetiky, ale i pro lidi s jinými chorobami. Je možné, že bude možné vyvinout implantáty nebo terapie pro boj s genetickými chorobami zapínáním a vypínáním specifických genů, což jim umožní dodávat klíčové proteiny.

Lidem s cukrovkou prvního typu, kteří neprodukují nebo produkují příliš málo klíčového hormonu zodpovědného za kontrolu hladiny cukru v krvi, může schopnost stimulovat buňky k produkci inzulínu na požádání pomoci zabránit hyperglykémii, kdy se hladina cukru v krvi nebezpečně zvýší.

„Domníváme se, že rychlé, bezelektrické, přímé, nízkonapěťové, bateriové řízení genů v buňkách je krokem vpřed a představuje chybějící článek, který v blízké budoucnosti umožní ovládání genů pomocí implantátů,“ napsali vědci ve svém článku.

Elektricky vodivý cement by mohl proměnit domy a silnice v téměř neomezené baterie, jak jsme v této myšlence prakticky pokročili?

3. 8. 2023 Katerina Karaskova 0 komentářů 3 min read 396 Zobrazení cement, dům, elektricky vodivý cement, elektřina, neomezená baterie, neomezené baterie, saze, silnice, superkapacitor, zdroj

Budoucnost Nové Technologie Věda Zajímavosti

Vědci již dříve přišli s novým způsobem, jak ukládat elektřinu do cementu, a to s využitím levných a hojně dostupných materiálů. Pokud by se tento cement rozšířil, mohl by v betonových základech domu uchovávat dostatek energie na pokrytí denní potřeby energie. Ve větším měřítku by elektrifikované silnice mohly napájet elektromobily během jízdy. A pokud vědci najdou způsob, jak to všechno levně provést, mohl by tento pokrok nabídnout téměř neomezenou kapacitu pro ukládání energie z přerušovaných obnovitelných zdrojů, jako je slunce a vítr, uvádí časopis Science.

Cementová zařízení jsou zatím malá, pouze tak velká, aby napájela několik LED žárovek. Již nyní se však pracuje na jejich rozšíření.

Cementová zařízení jsou druhem zjednodušených baterií zvaných superkapacitory. Skládají se ze dvou elektricky vodivých desek oddělených iontově vodivým elektrolytem a tenkou membránou. Při nabíjení zařízení se na jedné desce hromadí kladně nabité ionty z elektrolytu, zatímco na druhé záporně nabité ionty.

Množství akumulované energie závisí na celkové ploše vodivých desek superkapacitoru. Již několik desetiletí se vědci snaží o jejich zabudování do konstrukčních materiálů, jako je beton používaný v silnicích a budovách nebo uhlíkové kompozity používané v karoseriích automobilů a letadel. Na rozdíl od současných nejlepších baterií superkapacitory obvykle používají nehořlavé elektrolyty, takže jsou bezpečnější.

Problém spočívá v tom, že cement, který je hlavní složkou betonu, je obvykle špatným elektrickým vodičem. V posledních letech proto několik skupin vytvořilo strukturální superkapacitory pomocí cementu s vysoce vodivými formami uhlíku, jako je grafen nebo uhlíkové nanotrubičky. Ačkoli tyto látky fungují dobře, jsou drahé a těžko se vyrábějí v obrovských objemech používaných v cementářském průmyslu, poznamenává Franz-Josef Ulm, stavební inženýr z Massachusettského technologického institutu (MIT).

Při hledání levnější alternativy se Ulm a jeho kolegové obrátili na starou formu práškového uhlíku, známou jako saze, která se od starověku používá jako černý pigment. Saze jsou levné a celosvětově rozšířené a jsou také vysoce vodivé.

Ulm a jeho tým smíchali malé procento sazí s cementovým práškem a přidali vodu. Voda se snadno spojí s cementem. Protože však částice sazí vodu odpuzují, mají tendenci se shlukovat a vytvářet v tuhnoucím cementu dlouhé propojené útvary, které se chovají jako síť drátů.

Ulm a jeho kolegové rozřezali tento drátěný cement na malé destičky a vytvořili tak superkapacitor o tloušťce 1 milimetr a šířce 1 centimetr, což je přibližně velikost knoflíku. Po přidání membrány, elektrolytu vyrobeného z chloridu draselného – jednoduché soli – a vody vědci sendvičovou strukturu uzavřeli. Když pak k deskám připojili vodič a otočili vypínačem, cementové superkapacitory rozsvítily řadu LED světel.

Pokud by se z uhlíkových sazí vyrobil beton o objemu 45 metrů krychlových, což je zhruba množství, které se používá v základech běžného domu, bylo by možné v něm uložit 10 kilowatthodin energie, což by stačilo na celodenní napájení průměrné domácnosti, uvádí tým v současném vydání časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences. Pokud by se stejný přístup použil při stavbě silnic, parkovišť nebo příjezdových cest, mohl by elektrifikovaný beton uchovávat obnovitelnou energii a dodávat ji elektromobilům prostřednictvím indukčních nabíječek. Jedním z přístupů by mohlo být posílání elektřiny do podvozků automobilů prostřednictvím měděných cívek zabudovaných ve vozovce – trochu podobně jako bezdrátové nabíječky nabíjejí chytré telefony. Taková technologie se již vyvíjí v Německu a Nizozemsku.

Tím, že by elektrifikovaný cement nabídl levnější alternativu k dražším bateriím, by také mohl učinit skladování obnovitelné energie dostupnější pro rozvojové země, říká Admir Masic, chemik z MIT a spoluautor studie. „Tím se dostáváme do nového prostoru pro skladování energie za ceny dostupné kdekoli na světě.“

Aby výzkumníci uspěli, budou muset zvětšit velikost desek o velikosti knoflíku. Jak se superkapacitory zvětšují, jejich elektrická vodivost obvykle klesá, což ztěžuje dodávání a získávání energie z nich. Ulm poznamenává, že jedním z řešení je jednoduše přidat do směsi více sazí – ale ne tolik, aby to oslabilo strukturální integritu cementu. V případě konstrukčního betonu výzkumníci zjistili, že mohou přidat až 10 % sazí, aniž by to příliš narušilo jeho pevnost. Ulm říká, že skupina si svou technologii nechala patentovat a nyní pracuje na jejím rozšíření, aby odpovídala výkonu 12voltové autobaterie.

Desetina veškeré elektřiny se ztrácí v síti, pomoci mohou supravodivé kabely

28. 7. 2023 Iveta Mauci 0 komentářů 4 min read 477 Zobrazení elektřina, nová technologie, síť, v zemi, ztráty

Budoucnost Nové

Pro většinu z nás je přenos energie neviditelnou součástí moderního života. Zmáčknete vypínač a světlo se rozsvítí. Ale způsob, jakým transportujeme elektřinu, je životně důležitý, píše CONVERSATION. Abychom přestali s fosilními palivy, budeme potřebovat lepší síť, spojující obnovitelné zdroje energie v regionech s městy.

Elektrické sítě jsou velké, složité systémy. Budování nových vysokonapěťových přenosových vedení často vyvolává odpor komunit, které se obávají vizuálního dopadu věží. A naše síť ve 20. století ztrácí asi 10 % energie vyrobené jako teplo.

Jedno řešení? Pro klíčové části sítě použijte supravodivé kabely. Jediný 17centimetrový kabel může přenést celý výkon několika jaderných elektráren. Města a regiony po celém světě tak učinily, aby snížily emise, zvýšily efektivitu, chránily klíčovou infrastrukturu před katastrofami a vedly elektrické vedení pod zemí. Když se připravuje modernizace sítě, měla by se následovat. Je to příležitost jednou za generaci.

Co je špatného na současné osvědčené technologii?

Spousta věcí. Hlavní výhodou vysokonapěťových přenosových vedení je, že jsou relativně levné.

Ale levná stavba přichází se skrytými náklady později. Průzkum ve 140 zemích zjistil, že elektřina, která se v současnosti plýtvá při přenosu, představuje ohromujících půl miliardy tun oxidu uhličitého každý rok.

electricity, electricity pylons, power lines — Vedení vysokého napětí je levnější na stavbu, ale má skutečné nevýhody.

Tyto zbytečné emise jsou vyšší než výfukové plyny ze všech kamionů na světě nebo ze všeho metanu spáleného na ropných plošinách. Neefektivní přenos energie také znamená, že země musí stavět další elektrárny, aby kompenzovaly ztráty v síti.

Jak by mohly pomoci supravodivé kabely?

Supravodivost je místo, kde mohou elektrony proudit bez odporu nebo ztráty. Je zabudován do napájecích kabelů a nabízí příslib bezztrátového přenosu elektřiny na dlouhé i krátké vzdálenosti. To je důležité, vzhledem k tomu, že pozoruhodné australské větrné a solární zdroje se často nacházejí daleko od uživatelů energie ve městech.

Vysokonapěťové supravodivé kabely by nám umožnily dodávat energii s minimálními ztrátami z tepelného nebo elektrického odporu a se stopami nejméně 100krát menšími než běžný měděný kabel pro stejný výkon.

A jsou daleko odolnější vůči katastrofám a extrémnímu počasí, jelikož se nacházejí pod zemí.

Ještě důležitější je, že typický supravodivý kabel může dodat stejný nebo větší výkon při mnohem nižším napětí než běžný přenosový kabel. To znamená, že prostor potřebný pro transformátory a připojení k síti klesá z velikosti velké tělocvičny pouze na dvojgaráž.

Zavedení těchto technologií do naší energetické sítě nabízí sociální, ekologické, obchodní a efektivní dividendy.

Bohužel, zatímco supravodiče jsou např. v australské lékařské komunitě samozřejmostí (kde se běžně používají v přístrojích MRI a diagnostických přístrojích), v energetickém sektoru zatím nenašly svůj domov.

Jedním z důvodů je, že supravodiče musí být chlazeny, aby fungovaly. Rychlý pokrok v kryogenice však znamená, že již nemusíte snižovat jejich teplotu téměř na absolutní nulu (-273℃). Moderní „vysokoteplotní“ supravodiče stačí ochladit na -200 ℃, což lze provést kapalným dusíkem. Levnou, snadno dostupnou látkou.

Vysokoteplotní supravodiče lze chladit pouze kapalným dusíkem.

V zámoří se však denně osvědčují. Snad nejznámější příklad k dnešnímu dni je v německém městě Essen. V roce 2014 inženýři nainstalovali 10 kilovoltový (kV) supravodivý kabel v hustém centru města. I když byla dlouhá jen jeden kilometr, vyhnula se vyšším nákladům na výstavbu třetí rozvodny v oblasti, kde byl velmi omezený prostor pro infrastrukturu. Kabel Essen je nenápadný v metr širokém věcném břemenu a pouze 70 cm pod zemí.

Supravodivé kabely lze pokládat pod zem s minimálním půdorysem a hospodárně. Potřebují mnohem méně půdy.

Konvenční vysokonapěťový nadzemní kabel vyžaduje věcné břemeno široké asi 130 metrů, s pylony vysokými až 80 metrů, aby byla zajištěna bezpečnost. Naproti tomu podzemní supravodivý kabel by zabral věcné břemeno o šířce šest metrů a hloubce až 2 metry.

To má další výhodu: překonání skepse komunity. V současné době se mnoho místních obyvatel obává zranitelnosti vysokonapěťových nadzemních kabelů v oblastech náchylných k požárům a ekologicky citlivých oblastí, jakož i vizuálního dopadu velkých věží a vedení. Komunity a zemědělci v některých regionech jsou hlasitě proti plánům na nové 85 metrů vysoké věže a elektrické vedení procházející jejich pozemky nebo v jejich blízkosti.

Klimatické extrémy, bezprecedentní větrné bouře, nadměrné srážky a údery blesků mohou narušit napájecí sítě, jak zjistilo v roce 2021 viktoriánské město Moorabool.

A co náklady? To je těžké určit, protože to závisí na rozsahu, povaze a složitosti úkolu. Ale – kabel Essen stál v roce 2014 kolem 20 milionů dolarů. Výměna šesti 500kV věží zničených vichřicí poblíž Moorabool v lednu 2020 stála 26 milionů dolarů.

Zatímco supravodivé kabely budou předem dražší, ušetříte tím, že se vyhnete velkým věcným břemenům, budete vyžadovat méně rozvoden (protože je napájení nižší napětí) a zefektivníte schvalování.

Elektřinu budeme dostávat přímo z oběžné dráhy

26. 7. 2023 Markéta Beňovská, Mgr. 3 min read 484 Zobrazení elektřina, solární energie, solární panely, technologie, věda, vesmír, výzkum

Budoucnost Nové Technologie Věda Vesmír

Pro nikoho není tajemstvím, že solární energie je jedním z nejlepších tzv. obnovitelných zdrojů elektřiny. Vedle vodní a větrné energie je nejrychleji rostoucím odvětvím zelené energie a na celosvětové výrobě elektřiny se podílí již 3,6 %, píše Spider Web.

Výroba energie ze slunečního záření má jeden problém: je neefektivní, pokud k solárním panelům nedopadá dostatek světla. Jak to lze napravit? Jednou z možností je, že můžete stavět solární farmy v oblastech, kde je co nejmenší oblačnost. V takovém případě se však mohou výrazně zvýšit náklady na přenos energie, protože oblasti s největším slunečním svitem na Zemi nejsou zároveň oblastmi s největší poptávkou po energii.

Slunce ve vesmíru svítí vždy

Je také možné udělat to, co se podařilo vědcům z projektu Space Solar Power Project (SSPP) na Kalifornském technologickém institutu v Pasadeně v USA, tedy vyvinout metodu, jak získávat energii ze Slunce a přenášet ji na Zemi tam, kde nejsou mraky – ve vesmíru.

Nově vyvinutá technologie pro bezdrátový přenos energie z oběžné dráhy se označuje jako MAPLE (z anglického Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment). Jedná se o platformu, která využívá mikrovlnné vysílače umístěné na nízké oběžné dráze Země. Celá soustava byla zkonstruována s využitím známých a cenově dostupných technologií, které využívají křemík k získávání sluneční energie a jejímu přenosu do konkrétních přijímacích stanic po celém světě.

Důležitost malé hmotnosti a rozměrů

Klíčovým faktorem je, stejně jako u všech vesmírných projektů, nízká hmotnost a nízká cena. Aby si celý projekt v budoucnu získal dostatečný počet zákazníků, měly by být jeho družice co nejlehčí, aby se minimalizovaly náklady na jejich vynesení do vesmíru. Zároveň musí být konstruovány tak, aby se vešly do nákladového prostoru v horní části kosmické rakety, aniž by ztratily své vlastnosti. Profesor Harry Atwater, jeden z hlavních členů výzkumného týmu odpovědného za novou technologii, vysvětluje: „Solární panely se již ve vesmíru používají, například k napájení Mezinárodní vesmírné stanice, ale k vypuštění a rozmístění dostatečně velkých polí, která by poskytovala energii na Zemi, potřebujeme navrhnout a vyvinout systémy přenosu solární energie, které jsou ultralehké, levné a flexibilní.“ Každá jednotka váží přibližně 50 kilogramů. Velikost každé družice umožňuje, aby se vešla do objemu přibližně jednoho krychlového metru. Jakmile se dostane na oběžnou dráhu, rozbalí se a dosáhne velikosti asi 50 m.

Dalším rysem technologie MAPLE je speciální utěsnění všech součástí družice, protože musí být schopny odolat extrémním teplotním výkyvům. Na jedné straně musí být schopny nerušeně fungovat na slunečním světle, na druhé straně se nesmí poškodit, když se ocitnou na „noční“ straně Země v chladné temnotě vesmíru.

Antény družice tohoto programu jsou umístěny ve dvou skupinách po 16 anténách. Fungování celého systému na oběžné dráze vyžaduje velmi přesnou kalibraci, aby nasbíraná energie dorazila k určenému cíli přesně a v přesně určený čas.

Při experimentu byla stejnosměrná elektřina generovaná ve vesmíru použita k napájení dvojice světel LED, aby byl demonstrován celý proces bezdrátového přenosu energie. Technologie MAPLE úspěšně zajistila rozsvícení každé LED diody, což zpečetilo úspěch celého pokusu. Kromě toho družice vysílala paprsek energie, který byl po dosažení Země detekován přijímačem obsluhovaným týmem vědců z Caltechu. Vysílání energie bylo přijato přesně v očekávaném čase a na očekávané frekvenci a vyznačovalo se předpokládaným „posunem“ v důsledku pohybu vozidla na oběžné dráze.

Je to poprvé, co se vědcům něco podobného podařilo. Tuto technologii budou dále rozvíjet, aby ji bylo možno v budoucnu reálně využívat pro získávání energie pro obyvatele Země.

Jak se zázrak světla stal celosvětovou zdravotní pohromou

10. 7. 2023 Markéta Beňovská, Mgr. 4 min read 675 Zobrazení elektřina, světelné znečištění, technologie, znečištění

Nové Technologie Zajímavosti

Světelné znečištění je v ekologii často označováno za mírný problém. Toto vnímání je třeba změnit. Noční světlo představuje masivní útok na ekologii planety, včetně nás. Má také nepřímé dopady, protože zatímco se celosvětově spotřebuje 20 % elektrické energie na osvětlení, nejméně 30 % tohoto světla se promrhá. Plýtvání světlem neslouží vůbec žádnému účelu a nadměrné osvětlení se příliš často používá nad rámec toho, co je nutné pro řízení auta, nakupování nebo večerní fotbal, píše Britannica.

Elektrická žárovka je označována za jeden z nejvýznamnějších technologických vynálezů člověka. Řadí se po bok vynálezu kola, ovládání ohně, antibiotik a dynamitu. Ale jako každá nová a velkolepá technologie má vždy nezamýšlené důsledky. S elektrickým světlem se ve většině moderního světa vytratila noc, a to jak venku ve městě, tak i v interiéru během doby, která byla kdysi „nocí“ podle přirozené polohy Slunce.

Život se vyvíjel několik miliard let ve spolehlivém cyklu jasného světla ze Slunce ve dne a tmy v noci. Díky tomu se v naší fyziologii vyvinul vrozený cirkadiánní rytmus, jehož přesnost závisí na slunečním cyklu dne a noci. Během noci, počínaje přibližně západem slunce, klesá tělesná teplota, zpomaluje se metabolismus, ustupuje hlad, zvyšuje se ospalost a v krvi výrazně stoupá hladina hormonu melatoninu. Tento přirozený fyziologický přechod k noci je prastarého původu a melatonin je pro jeho správný průběh klíčový.

Nyní víme, že jasné světlo s krátkou vlnovou délkou – modré světlo – je nejúčinnější pro potlačení melatoninu a oddálení přechodu do noční fyziologie; zatímco tlumenější světlo s delší vlnovou délkou – žluté, oranžové a červené, například z táboráku nebo svíčky – má velmi malý účinek. Jasné světlo ze Slunce obsahuje modré světlo, což je výhodné ráno, kdy potřebujeme být bdělí a vzhůru; ale ať už jsme venku nebo uvnitř, když jasné modré světlo přichází po západu Slunce, klame tělo, aby si myslelo, že je den.

První vážné obavy o možné zdravotní důsledky elektrického světla v noci vyjádřil před 30 lety Richard G. „Bugs“ Stevens, který je profesorem komunitní medicíny na lékařské fakultě Connecticutské univerzity. Ptal se, zda nadměrné osvětlení nezvyšuje riziko rakoviny prsu. Výzkumy ukázaly, že snížená hladina melatoninu (důsledek nadměrného osvětlení) měla za následek zvýšenou hladinu estrogenu (přinejmenším u hlodavců), což byl jasný rizikový faktor rakoviny prsu. Pozdější bylo doloženo, že ženy pracující na noční směny jsou vystaveny vyššímu riziku rakoviny prsu. Důkazy naznačují, že narušení cirkadiánního rytmu v důsledku nadměrného nočního osvětlení by mohlo souviset i s rizikem obezity a deprese. Ve skutečnosti by se mohlo zdát, že prakticky všechny aspekty zdraví a pohody jsou do té či oné míry závislé na synchronizovaném cirkadiánním rytmu s přirozeným cyklem světlých dnů a tmavých nocí.

Toto riziko je blíže popsáno v publikaci „The New World Atlas of Artificial Night Sky Brightness“ (Nový světový atlas umělého jasu noční oblohy), která byla vydána v roce 2016. Atlas využívá data z družice NASA Suomi National Polar-orbiting Partnership k odhadu záření oblohy na celém světě. Snímky v atlase jsou buď oslňující, nebo děsivé, podle toho, jak se na ně díváte. Na barevných mapách měst a zemí, kde jsou použity jasnější barvy pro zobrazení většího záření oblohy, se Evropa a Severní Amerika jeví jako ohnivé. Podle atlasu nemůže Mléčnou dráhu v noci vidět třetina lidí. V Evropě ji nevidí 60 procent lidí a v Severní Americe je to neuvěřitelných 80 procent.

Od roku 2012 do roku 2016 došlo k dramatickému nárůstu jasu světových metropolí i geografického rozsahu světelného znečištění. A to navzdory skutečnosti, že od roku 2012 se ve velké části průmyslově vyspělého světa stále častěji instaluje vysoce účinné pouliční osvětlení LED, aby se „šetřila energie“. Zdá se však, že při nadměrném používání dochází k pravému opaku.

Další články z rubriky:

Elektrické světlo může být pro lidi velkým přínosem, pokud se používá rozumně. K tomu, abychom se dostali k tomu „rozumně využívanému“, je zapotřebí všech vědeckých poznatků, které se v současné době objevují. Musí však existovat také snaha o efektivní využívání elektrického osvětlení ze strany vlády a veřejnosti. Recyklace je nyní vcelku zakořeněná, protože děti jsou k ní vychovávány.

LED technologie sama o sobě problémem není. Ve skutečnosti bude LED pravděpodobně velkou součástí řešení díky své univerzálnosti. Problém v oblasti pouličního osvětlení spočívá v tom, že konkrétní výrobky, které prosazují energetické společnosti ale i úřady, jsou velmi silně modré – a nemusí být. Na trh lze uvést různé LED produkty, které jsou mnohem šetrnější k životnímu prostředí a našemu cirkadiánnímu zdraví. To je nesmírně důležité při osvětlování vnitřních prostor budov, kde žijeme a pracujeme.

V životě planety je ničení noci stejně důležitým problémem jako znečišťování vody a ovzduší.

Mohly by plovoucí solární farmy přežít venku na moři?

21. 1. 2023 Adam Walko 5 min read 347 Zobrazení elektřina, Indonésie, ostrovy, plovoucí, solární panely

Nové Technologie TOP 10 Zajímavosti

Indonésie je národem více než 10 000 ostrovů, takže zásobit celou zemi elektřinou je obrovská výzva, napsal server BBC. Více než milion lidí není vůbec připojených k elektrické síti. „Lidé, kteří nemají elektřinu, žijí na odlehlých ostrovech, takže v této situaci je těžké k nim připojit kabel a je těžké instalovat jiná drahá řešení, jako jsou větrné turbíny,“ říká Luofeng Huang, lektor strojního inženýrství na Cranfield University.

Solární energie je jednou z možností, jak zajistit těmto ostrovům energii. V posledních desetiletích výrazně zlevnila – Mezinárodní energetická agentura (IEA) říká, že se stává nejlevnější variantou nových elektráren. Ale solární farmy zabírají spoustu místa. Prostor, který by mohl být lépe využit pro bydlení, farmaření a podnikání. Vědci a inženýři tedy pracují na způsobech, jak nainstalovat solární panely na hladinu oceánu a poskytovat energii lidem žijícím na pevnině poblíž.

„Plovoucí solární systém je velmi pohodlný, protože jej lze jednoduše umístit na vodu a pokud potřebujete více elektřiny, můžete nasadit více solárních panelů,“ říká pan Huang. Plovoucí solární systém se již používá na řadě míst po celém světě, ale spíše na jezerech než na moři.

Důvod je zřejmý: vlny mohou solární panely snadno zaplavit a poškodit.

Probíhá však výzkum a testování, aby se našly způsoby, jak udržet solární panely neporušené a fungovat v drsné vodě.

Nizozemsko-norská společnost SolarDuck například spolupracuje s německou energetickou společností RWE na výstavbě plovoucí solární elektrárny na větrné farmě v Severním moři.

Společnost tvrdí, že to bude největší pobřežní plovoucí solární elektrárna na světě s kapacitou pro napájení několika stovek domácností.

Solární panely budou umístěny na plošinách vyvýšených několik metrů nad hladinou oceánu. Elektrárna, která má být uvedena do provozu v roce 2026, bude využívat stávající kabeláž pro větrnou farmu k posílání elektřiny zpět na břeh.

Solární elektrárna Ocean Sun — Solární panely Ocean Sun sedí na flexibilní plovoucí podložce. *Zdroj: Solar Duck/Ocean Sun*

Mezitím společnost Ocean Sun vyvinula plovoucí plošinu, kde solární panely spočívají na základně, která se ohýbá, jak vlny procházejí pod nimi. „Má to ten účinek, že to tlumí vlny a zabraňuje prolomení vln,“ říká zakladatel a generální ředitel Borge Bjorneklett.

Říká, že když panely leží úplně rovně, síly na ně působící se zmenšují. Blízkost mořské vody také ochlazuje buňky, což zlepšuje jejich výkon. Ocean Sun i SolarDuck se zaměřují na umístění solárních farem vedle větrných turbín, které budou vyhlazovat tok elektřiny, když nefouká vítr.

Pan Huang tvrdí, že oba tyto přístupy mají slabiny. Zvednutím panelů nad hladinu moře by mohl být systém SolarDuck dražším řešením. „Pokud to zvednete, potřebujete nějakou velmi silnou podporu, takže to bude stát příliš mnoho peněz,“ říká.

SolarDuck toto tvrzení zpochybňuje.

„Dodávka naší technologie za konkurenceschopnou cenu energie je součástí každého kroku procesu návrhu,“ říká Koen Burgers, generální ředitel společnosti SolarDuck.

„Také jsme schopni přizpůsobit technologii místním podmínkám prostředí, abychom našli optimální rovnováhu mezi výkonem a náklady,“ dodává. Pokud jde o systém Ocean Sun, pan Huang není přesvědčen, že tento přístup dostatečně ochrání panely před poškozením vlnami.

Pan Bjorneklett připouští, že systém jeho společnosti nemusí být vhodný pro Severní moře s jeho 30 stopami (9m) vlnami. Ale říká, že systém přežil tajfuny kategorie čtyři během testu v nádrži.

„Věříme, že místa poblíž pobřeží s příznivějšími mořskými státy jsou atraktivnější,“ říká.

Tým pana Huanga na Cranfield University pracuje na alternativní solární elektrárně na moři, o které říká, že bude robustní a levná. S akademickými a komerčními partnery v Indonésii doufají, že do 12 měsíců budou mít demonstrační systém v Indickém oceánu.

Nazývá se Solar2Wave a bude mít plovoucí vlnolam proti proudu solárních panelů, což, jak říká pan Huang, má za následek snížení výšky vln asi o 90 %. Snížené vlny pak procházejí nárazníkovou zónou – malou uzavřenou oblastí vody – což dále snižuje sílu vln předtím, než zasáhne samotné solární panely.

Klíčové bude, aby byl vlnolam levný: „Jakékoli poškození bude v části vlnolamu, která je levná a velmi snadno se vyměňuje a udržuje,“ říká pan Huang.

Luofeng Huang, lektor strojního inženýrství na Cranfield University. — Luofeng Huang říká, že inženýři soutěží o to, aby pobřežní solární systém fungoval. *Zdroj: BBC*

Zatímco náklady na instalaci a údržbu jakékoli oceánské solární farmy budou vysoké, takové farmy budou v mnoha případech jediným způsobem, jak dodávat obnovitelnou energii v některých hustě obydlených částech světa.

„Například v Singapuru jsou náklady na pozemky velmi vysoké a většinu své střešní plochy již využili,“ říká pan Bjorneklett.

„Pokud mohou využívat povrch oceánu mimo Singapur, je to vlastně jediný způsob, jak zajistit dostupnou obnovitelnou energii, a podobná situace je i v jiných velkých částech jihovýchodní Asie.“

Solární farmy by mohly být dokonce umístěny daleko na moři, kde by mohly sloužit jako tankovací místa pro elektrické lodě.

Je tu rozhodně velký potenciál,“ říká Luofeng Huang z Cranfieldu. „Každý to chce vyřešit, takže pracujeme docela tvrdě a je to jako soutěž o to, kdo přinese první úspěšný design.“