Fulgerele sunt descărcări de electricitate cauzate de un dezechilibru între sarcinile pozitive și negative care se acumulează într-o furtună.
Majoritatea fulgerelor apar între sau în interiorul norilor, dar aproximativ 40 de milioane de fulgere lovesc solul în Statele Unite în fiecare an, conform Centrului pentru Controlul și Prevenirea Bolilor, care urmărește accidentele și decesele cauzate de fulgere.
Este posibil să folosim acea energie pentru a alimenta întreaga comunitate? Aici, explorăm această întrebare.
Cantitatea de energie din fulgere
Fulgerele produc de 10 ori mai multă energie electrică decât curentul care circulă pe cablurile de înaltă tensiune.
De asemenea, produc energie termică mai fierbinte decât suprafața soarelui și energie sonoră (tunetul) care poate călători până la 25 de mile.
Deși durează doar o milisecundă, un fulger poate produce până la 10 gigawați (GW) de electricitate, ceea ce ar reprezenta o șasea parte din capacitatea tuturor panourilor solare de pe acoperișurile din SUA în 2021. Capturarea acelei energii, totuși, nu este o sarcină ușoară.
Știați că?
Un singur fulger poate conține până la un miliard de volți și aproximativ 100.000 sau mai mulți amperi de electricitate.
Putem colecta energia din fulgere?
Fulgerele transportă sau produc trei forme de energie: electricitate, căldură și sunet. În ultimii ani, oamenii de știință au explorat întrebările:
- Ce ar fi dacă am putea stoca acea electricitate pentru a încărca toate vehiculele electrice care vor domina curând drumurile noastre?
- Sau dacă am captura căldura intensă pentru a produce suficient abur pentru a alimenta o turbină?
- Sau dacă am transforma suficient din sunet în electricitatea necesară pentru a produce hidrogen fără carbon?
Capturarea electricității
Au fost făcute diverse încercări folosind circuite de comutare de înaltă tensiune și condensatori magnetici pentru a captura și stoca energia fulgerelor.
Mai multe brevete, unele în așteptare și altele active, descriu sisteme care ar putea transforma fulgerele în electricitate. Totuși, niciunul dintre aceste sisteme nu este folosit—cel puțin pe scară largă.
Așa cum spune un studiu, „aceasta nu este o întreprindere științifică complexă, precum reactoarele de fuziune sau centralele nucleare.”
De fapt, Benjamin Franklin ne-a adus aproape de acest punct prin invenția paratrăsnetelor, care atrag și captează fulgerele, direcționându-le în pământ. Cealaltă jumătate—domesticirea lor—este partea dificilă.
Pământul acționează ca un sol electric, deoarece este suficient de mare pentru a absorbi o cantitate nelimitată de curent electric cu efect minim.
Provocarea constă în reducerea energiei transportate de o fulgere la nivele sigure.
Rețeaua electrică funcționează deja astfel: Liniile de înaltă tensiune care vin de la centralele electrice transportă electricitate la 345.000 de volți, dar prin mai multe stații de transformare, electricitatea este redusă la niveluri regionale și apoi la niveluri de cartier, până când liniile electrice care duc către locuințe transportă doar 220 de volți.
Totuși, reducerea unei fulgere de la milioane de—până la un miliard—de volți la un nivel mai sigur reprezintă o sarcină monumentală, care încă nu a fost realizată.
Colectarea căldurii
Conform Administrației Naționale Oceanice și Atmosferice, energia provenită din fulgere încălzește aerul pentru scurt timp până la aproximativ 28.000 de grade Celsius — mai fierbinte decât suprafața soarelui (5500 grade Celsius).
Progresele recente în captarea căldurii și transformarea acesteia în electricitate sugerează o posibilitate de a colecta mega-căldura fulgerelor.
Deși magneții (esentiali pentru majoritatea generatoarelor de electricitate) își pierd forța magnetică atunci când sunt încălziți, cercetările recente au identificat particule mici numite paramagnoni care acționează ca semiconductori, capabili să transforme căldura în electricitate.
Transpunerea acestei cercetări fundamentale într-un produs funcțional ar putea începe cu surse de căldură mai la îndemână, cum ar fi căldura reziduală provenită din procesele de fabricație sau din vehicule. Aplicarea acesteia asupra fulgerelor este o sarcină mai puțin urgentă.
Conversia sunetului
Oricine deține un telefon știe că este posibil să transformi electricitatea în unde sonore. La fel este posibil și inversul, iar experimentele sunt în desfășurare în întreaga lume pentru a colecta sunetul și a-l transforma în electricitate.
Căldura extremă produsă de fulger face ca aerul din jur să explodeze, generând undele sonore pe care le numim tunet.
La câteva sute de metri de sursa fulgerului, tunetul poate produce până la 120 de decibeli. Sursele existente de energie sonoră, precum traficul și poluarea fonică urbană, sunt prea fiabile și deranjante pentru a merita experimentele de captare a tunetului.
Perspective asupra captării electricității
La electricitate, oferta trebuie să corespundă întotdeauna cererii—altfel, sistemul se defectează și apar pene de curent.
Una dintre provocările captării energiei fulgerelor, la fel ca în cazul altor surse de energie regenerabilă, este intermitența acesteia.
Intermitența fulgerelor este mult mai imprevizibilă atât în timp, cât și în locație decât energia eoliană sau solară.
Stocarea electricității din fulgere este partea cea mai dificilă, nu doar pentru că industria stocării energiei este încă la început, dar și pentru că dispozitivele de stocare vor trebui să reziste unor fulgere masive fără a se deteriora.
Voința politică (și, prin urmare, fondurile pentru cercetare) se concentrează pe tehnologiile deja stabilite de energie regenerabilă: apă, vânt și soare.
În acest moment, captarea fulgerelor va rămâne o preocupare a inventatorilor individuali care visează să devină următorul Benjamin Franklin.
- Câte case ar putea alimenta un singur fulger?Dacă întreaga energie de 10 GW ar putea fi captată, fulgerul ar putea alimenta 3,4 milioane de case timp de un an.
- Câtă energie din fulgere am avea nevoie pentru a alimenta întreaga rețea electrică din SUA?Capturând energia din doar 115 fulgere, am putea alimenta întreaga rețea electrică a SUA.
