Вспышка молнии — это вдохновляющее и вызывающее трепет зрелище. За долю секунды миллиард джоулей энергии проходит между небом и землей, способный разрушать деревья, превращать песок в расплавленное стекло и наносить серьезный вред тем, кто оказался поблизости.
Люди отлично умеют использовать ресурсы вокруг нас. Так почему же мы не используем молнии? Разве это не было бы потрясающим источником возобновляемой энергии, огромной победой для зеленой энергетики?
К сожалению, как и большинство действительно крутых идей в науке, есть несколько дополнительных препятствий при переводе идеи в реальность.
Основные препятствия для использования молний в качестве источника энергии:
- Интенсивность;
- Хранение;
- Частота.
Интенсивность: это слишком много, я перегружен
Первая проблема? Молнии слишком сильны.
Представьте, что вы увидели объявление о бесплатном соке. Мой ребенок скажет вам, что никогда нельзя упускать возможность получить бесплатный сок. Но когда вы подъезжаете, они не предлагают вам стакан; у них целая водонапорная башня с соком, и они хотят, чтобы вы стояли под огромной трубой, пока они открывают ее полностью!
Это просто слишком много сока. В небольших количествах он вкусен, но в таком количестве вы утонете.
То же самое происходит с молниями. По данным Национальной метеорологической службы:
Обычная молния имеет около 300 миллионов Вольт и около 30 000 Ампер. Для сравнения, домашний ток составляет 120 Вольт и 15 Ампер.
В конце этой статьи у меня есть техническое описание того, как интерпретировать эти разные измерения (Вольты, Амперы, джоули), но главное, что молния выбрасывает слишком много энергии за раз. Мы не можем принять это все сразу.
Если бы только мы могли хранить это и использовать позже! Но это приводит нас к:
Хранение: мои руки слишком слабы, чтобы удержать все эти молнии
Человечество гораздо лучше умеет производить энергию, чем хранить ее.
Это не совсем так. У нас есть много способов хранения энергии — в виде потенциальной, готовой к освобождению из материала, который ее содержит. Уголь, нефть, уран — все это методы хранения энергии.
Но мы не можем засунуть джинна обратно в бутылку. Как только мы освобождаем энергию из материала, мы можем захватить только небольшую часть, если хотим ее снова сохранить. Мы можем использовать электричество для зарядки батареи, но при этом теряется много энергии в виде света и тепла.
Это большая проблема с ловлей молнии. У нас нет хорошего способа превратить электричество обратно в среду, которую можно легко хранить. И нам действительно нужно хранить его; мы не используем всю молнию сразу. Мы бы потребляли его в течение нескольких дней или недель между грозами, что приводит нас к третьей проблеме.
Молнии — это противоположность здоровому кишечнику: нерегулярны.
Частота: грозы, их никогда нет, когда они нужны
Третья большая проблема с использованием молний для получения энергии заключается в том, что в большинстве мест грозы — редкое явление.
Одна гроза может иметь десятки молний, но они распределены на значительной географической площади. И хотя молнии происходят часто во время грозы, они не будут падать с ясного неба.
Это противоположность надежному источнику энергии. Надежный источник предоставляет энергию, когда она нам нужна, и может быть увеличен или уменьшен в соответствии с нашими потребностями. Хороший источник энергии может динамически адаптироваться к колебаниям в нашей энергосети (например, скачки электроэнергии для кондиционеров в жаркие дни, снижение ночью, когда люди ложатся спать и выключают свои устройства, большой скачок во время Суперкубка, когда все включают свои телевизоры).
Эта масштабируемость может быть проблемой с другими возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная энергия. Облачный день означает, что доступно меньше энергии. Эти источники энергии нужно сочетать с более надежным резервным источником.
Недостаточно выгоды за затраченные усилия
Сложив все вместе, молнии просто не стоят усилий по их захвату. Это огромный всплеск энергии, да, но он невероятно силен в течение короткой секунды, когда он разряжается, его трудно хранить, и он приходит большими всплесками, а не постоянно.
Мы могли бы смягчить эти проблемы с достаточным количеством ресурсов. Мы могли бы построить огромные аккумуляторные банки для хранения энергии с толстыми, хорошо изолированными кабелями для обработки огромной нагрузки энергии. Мы могли бы установить широкую сеть башен, чтобы ловить молнии где бы они ни ударяли в городе.
Но это будет стоить много. А энергия просто не такая дорогая.
Дешевле и гораздо менее хлопотно использовать наши текущие источники энергии. У нас уже есть инфраструктура для использования угля, нефти или природного газа. Атомная энергия предлагает гораздо более стабильный и надежный поток энергии. И даже солнечная или ветровая энергия дешевле на единицу произведенной электроэнергии.
Молнии невероятны для наблюдения, и это выпуск огромного количества энергии. Идея питания устройств от молний кажется фантастической, но в реальности это просто не работает.
Даже если бы мы поймали молнию и сохранили 100% ее энергии, этого хватило бы, чтобы обеспечить энергией один американский дом... примерно на 9 дней. (1 молния = 1 миллиард джоулей; 1 американский дом использует около 41 миллиард джоулей в год.)
Некоторые очень, очень приблизительные расчеты показывают, что все молнии в мире составили бы около 8% от потребностей США в энергии в год. Этого просто недостаточно, даже учитывая все другие технические проблемы.
Поэтому молнии останутся удивительным явлением природы. Лучше всего наслаждаться ими в помещении!
Технические детали — как течет электричество
Молнии измеряются по трем параметрам электричества:
- Вольты: напряжение — это уровень энергии, проталкиваемой в любой момент времени. Подумайте о вольтах как о давлении, проталкивающем воду через трубу (например, 20 PSI).
- Амперы: ампераж — это ток, количество энергии, проходящей через точку в любое время. Ампераж — это количество воды, проходящей через трубу в секунду (например, 5 галлонов в секунду).
- Джоули: джоули — это мера сырой энергии. Джоули — это фактический объем воды, проходящей через трубу (например, 5 галлонов).
Обычная молния имеет около 1 миллиарда джоулей (1 000 000 000) общей энергии. Напряжение чрезвычайно высокое (эта энергия сильно толкается к земле), и ампераж также высок (эта энергия течет очень быстро, за долю секунды).
Напряжение само по себе не так опасно, если ампераж низкий. Может быть целый бак воды за трубой, но если труба толщиной с соломинку, это не нанесет большого урона.
Вся эта энергия проходит по пути наименьшего сопротивления, который обеспечивает «наиболее легкий» маршрут к земле (источник противоположного заряда). Вот почему молниеотводы работают; они предоставляют очень легкий путь с низким сопротивлением к земле. Это также причина, почему молнию легче пережить, если вы промокли от идущего вокруг грозового дождя; молния предпочтет пройти через воду, снижая воздействие на сердце и другие внутренние органы.
Тем не менее, лучший способ пережить молнию — это находиться подальше от высоких, острых объектов, которые обеспечивают легкий путь к земле!