Znajdź zawartość

Badacze z University of Minnesota odkryli nowy stop, który zamienia energię cieplną bezpośrednio w energię elektryczną. Prace badawcze znajdują się dopiero na wczesnym etapie, jednak nowa metoda może mieć olbrzymi wpływ np. na przemysł samochodowy. Pozwoliłaby bowiem na produkcję energii elektrycznej z ciepła układu wydechowego i ładować nią akumulatory samochodów elektrycznych. Nasze badania są bardzo obiecujące, gdyż dotyczą całkowicie nowej metody konwersji energii - stwierdził profesor Richard James, który stoi na czele zespołu naukowego. Uczeni, by uzyskać nowy stop, połączyli atomy tak, by powstał z nim materiał Ni45Co5Mn40Sn10. Nowy stop jest multiferroikiem, czyli materiałem charakteryzującym się jednocześnie więcej niż jedną cechą materiałów ferroikowych. Ich cztery podstawowe właściwości to ferromagnetyzm, ferroelektryczność, ferroelastyczność i ferrotoroidalność. Uzyskuje on tę właściwość dzięki przejściu przez odwracalny etap przemiany fazowej, podczas której jedno ciało stałe przechodzi w drugie. W trakcie przemiany zmieniają się właściwości magnetyczne materiału, które są wykorzystywane do zamiany energii cieplnej w elektryczną. Podczas przeprowadzonych eksperymentów niemagnetyczny materiał pod wpływem niewielkiej zmiany temperatury zyskał silne właściwości magnetyczne. Proces ten wiąże się z absorbcją ciepła i spontaniczną produkcją energii elektrycznej w otaczającym metal zwoju. Dochodzi przy tym do niewielkiej utraty ciepła, ale uczeni wiedzą, jak zmniejszyć straty. Badania te przekraczają wszelkie granice nauki i inżynierii. Dotyczą bowiem inżynierii, fizyki, materiałoznawstwa, chemii, matematyki i innych dziedzin - mówi profesor James. Prace prowadzone są w ramach grantu Multidisciplinary Univeristy Research Initiative sponsorowanego przez Biuro Badawcze Marynarki Wojennej USA.

Łączna długość nici DNA w komórkach człowieka wynosi niemal dwa metry, a mimo to komórkowa maszyneria enzymatyczna doskonale radzi sobie z wykrywaniem i naprawą uszkodzeń genomu. Jak to możliwe? Badacze z University of North Texas twierdzą, że poznali możliwe wyjaśnienie tego fenomenu. Zdaniem zespołu dr. Arkady'ego Krokhina, swoją niezwykłą zdolność do kontroli własnego stanu DNA zawdzięcza... właściwościom elektrycznym. Mówiąc ściślej, z przedstawionych przez nich danych wynika, że odcinki DNA zwane intronami, które należą do genów, lecz nie przenoszą informacji wykorzystanej np. podczas syntezy białka, wykazują stosunkowo niski poziom przewodnictwa elektrycznego. Dla porównania, eksony, czyli sekwencje kodujące, są stosunkowo dobrymi przewodnikami. Swoją zdolność do przewodzenia ładunków elektrycznych eksony zawdzięczają budowie chemicznej, umożliwiającej powstanie puli tzw. elektronów zdelokalizowanych. Oznacza to, że nie są one ściśle związane z żadnym atomem i posiadają znaczny zakres ruchliwości. Z fizycznego punktu widzenia ich ruch wzdłuż nici DNA nie różni się praktycznie od przepływu elektronów w typowym przewodzie elektrycznym. Badacze z Teksasu spekulują, że odkryte zjawisko może być wykorzystywane przez wewnątrzkomórkowe systemy wykrywania uszkodzeń DNA. Jeżeli bowiem charakterystyka przepływu ładunków w cząsteczce ulega zaburzeniu, może to oznaczać, że doszło w nim do uszkodzenia materiału genetycznego. Po wstępnym "namierzeniu" wady na miejsce mogłyby być przywoływane enzymy naprawcze, które zajęłyby się odbudową nici DNA. Dokonane odkrycie może także wyjaśniać, dlaczego jedne miejsca w genomie są bardziej podane na mutacje (czyli utrwalone uszkodzenia DNA przekazywane komórkom potomnym) od innych. Zdaniem dr. Krokhina może się tak dziać, ponieważ "pomiar" przewodnictwa elektrycznego niektórych odcinków nici DNA może być utrudniony. Trzeba przyznać, że hipoteza zaproponowana przez naukowców z Teksasu jest dość odważna. Nietrudno jednak zauważyć, że jest ona także bardzo spójna, zaś powtarzalność różnic pomiędzy eksonami i intronami rzeczywiście dają do myślenia. Ewentualne potwierdzenie lub odrzucenie teorii o "elektrycznym" wykrywaniu uszkodzeń DNA będzie jednak wymagało dalszych badań.

Norwedzy rozpoczęli testy pierwszej pływającej turbiny wiatrowej. Mają nadzieję, że przed połową lipca na wybrzeże trafi z niej prąd. Budowanie turbin wiatrowych ma sens tam, gdzie najczęściej wieją wiatry o odpowiedniej sile. Niestety, większość takich miejsc znajduje się na otwartym morzu i konstruowanie mocowanej do dna turbiny jest zbyt drogie. Stąd też pomysł na wykorzystanie technologii stosowanych w pływających platformach wydobywczych i przetestowanie pływającej turbiny. Urządzenie zostało umieszczone w odległości 10 kilometrów od wybrzeża, w miejscu, gdzie głębokość wody sięga 220 metrów. Turbina o mocy 2,3 megawata jest utrzymywana w pionie dzięki potężnemu stalowemu cylindrowi o długości 100 metrów, który wypełniono balastem. Cylinder zanurzony jest całkowicie w w wodzie, a całość jest przymocowana do dna za pomocą trzech kabli. Taka konstrukcja daje gwarancję, że nie dojdzie do najgorszego, czyli obrócenia się turbiny do góry nogami. Nie oznacza to jednak, że na urządzenie nie czyhają żadne niebezpieczeństwa. Korozja, odpadki, kry lodowe czy gwałtowne sztormy mogą ją uszkodzić czy doprowadzić do przewrócenia się. Twórcy urządzenia, firma StatoilHydro informuje, że można je ustawiać na wodach o głębokości od 120 do 700 metrów. Jednak, jak zakładają pomysłodawcy pływających turbin, potencjalne korzyści usprawiedliwiają milionowe inwestycje. Wiatry na otwartym morzu się silniejsze i bardziej stałe, co pozwoli na większą produkcję prądu. Z kolei farmy turbin położone wiele kilometrów od lądu nie będą budziły tak dużych kontrowersji wśród ludności jak podobne farmy budowane na lądzie. Jako, że w większości przypadków w wodach głębszych niż 50 metrów nie opłaca się budować niczego stojącego na dnie, pływające turbiny mogą być idealnym rozwiązaniem dla takich krajów jak Norwegia, Japonia czy Włochy, które nie mają płytkich wód przybrzeżnych. Może być to też atrakcyjna oferta dla USA, które z farm budowanych na wodach oceanicznych mogą uzyskać 1000 gigawatów mocy, jednak aż 810 gigawatów można wyprodukować na wodach głębszych niż 30 metrów.

W ostatnich latach pojawiło się kilka pomysłów na zwalczanie pożarów w lasach, jednak w większości przypadków problemem jest zasilanie urządzeń obsługujących takie systemy. Badacze z MIT opracowali bardzo interesujące rozwiązanie, które pozwala na pokonanie tej niedogodności. Opracowany przez Amerykanów system wykorzystuje energię tzw. gradientu pH, czyli różnicy kwasowości pomiędzy wnętrzem korzenia i otaczającą go glebą. Ponieważ kwasowość środowiska jest równoznaczna z obecnością nadmiaru jonów wodorowych H+, zaś zasadowość oznacza przewagę ujemnie naładowanych jonów OH-, obie te strefy przypominają przeciwległe elektrody baterii. Powstający w ten sposób "obwód elektryczny" ładuje standardowy akumulator, a ten z kolei zasila sensory rejestrujące temperaturę i wilgotność otoczenia. Informacje uzyskane z odpowiednio dużego obszaru są następnie przekazywane do stacji zasilanej ze standardowych źródeł (było to konieczne ze względu na pobór energii), która wysyła je za pośrednictwem łącz satelitarnych do komputera, który przewiduje ryzyko powstania pożaru. Standardowo dane są przesyłane cztery razy dziennie, lecz w przypadku wykrycia ognia wiadomość trafia do systemu natychmiast. Przedstawiciele przedsiębiorstwa planują na wiosnę uruchomienie eksperymentalnego pola doświadczalnego o powierzchni około 4 hektarów. Zalesiony teren, na którym zostanie przeprowadzony test, zostanie udostępniony przez U.S. Forest Service - amerykańską instytucję odpowiedzialną za zarządzanie terenami leśnymi. Bez wątpienia będzie ona szczególnie zainteresowana skorzystaniem z urządzeń produkowanych przez Voltree Power. Jaka jest wydajność systemu? Dr Mershin ocenia wstępnie: oczekujemy, że będziemy potrzebowali zaopatrzyć w nasze urządzenia cztery drzewa na akr [1 akr to ok. 0,4 hektara - przyp. red.]. Obecnie trwają prace nad minimalizacją zużycia energii przez poszczególne elementy systemu skomunikowanych ze sobą urządzeń.

Być może już wkrótce, dzięki pracom naukowców z Massachusetts Institute of Technology, z naszego domu znikną kable przesyłające... energię elektryczną. Uczonym z Wydziałów Fizyki, Inżynierii Elektrycznej oraz Nauk Komputerowych udało się przybliżyć ten dzień. Zespół pod kierunkiem profesora Marina Soljacica zapalił 60-watową żarówkę, która znajdowała się w odległości 2 metrów od źródła zasilania. Pomiędzy żarówką a źródłem nie było żadnego fizycznego połączenia. Nowa technologia została nazwana WiTricity, od wireless electricity (bezprzewodowa elektryczność). Idea rozpoczęcia badań nad bezprzewodowym przesyłaniem energii elektrycznej zrodziła się w głowie profesora Soljacica przed sześcioma laty, gdy po raz kolejny obudził go telefon komórkowy sygnalizujący, że wyczerpują się baterie. Soljacicowi zamarzył się dzień, w którym urządzenia same będą się ładowały, bez pomocy człowieka. Profesor zaczął zastanawiać się nad zjawiskiem fizycznym, które można by wykorzystać do bezprzewodowego przesyłania energii elektrycznej. Takie zjawiska znane są od dawna. Energia przesyłana jest przez promieniowanie elektromagnetyczne, wykorzystywane np. w transmisji radiowej. Jest to świetna metoda przesyłania informacji, jednak mało skuteczna podczas przesyłania energii. Promieniowanie rozchodzi się we wszystkich kierunkach, więc do odbiornika trafiałaby niewielka część emitowanej energii. Można oczywiście wykorzystać lasery, ale jest to metoda niepraktyczna i często niebezpieczna. WiTricity wykorzystuje obiekty, które rezonują. Dwa takie obiekty, których rezonans ma tę samą częstotliwość, wymieniają energię bardzo efektywnie, a jednocześnie niemal nie oddziałują z innymi obiektami. Przykładem takich obiektów może być np. głos śpiewaka operowego i kieliszek z winem. Jeśli w pokoju ustawimy szereg kieliszków, napełnionych w różnych stopniu winem, będą miały one różne częstotliwości rezonansu. Gdy w tym samym pokoju solista operowy zacznie śpiewać to, przynajmniej teoretycznie, kieliszek o tej samej częstotliwości rezonansu co jego głos może zakumulować tyle energii, że pęknie. Inne kieliszki pozostaną nienaruszone. W każdym układzie dwóch rezonatorów istnieje pewna granica, która, po osiągnięciu, gwarantuje bardzo efektowne przesyłanie pomiędzy nimi energii. Zespół z MIT skupił się na badaniach nad rezonatorami magnetycznymi. Badania wykazały, że wspomniana granica efektywnego przesyłania energii może zostać osiągnięta nawet wówczas, jeśli odległość pomiędzy rezonatorami jest kilkukrotnie większa, niż same rezonatory. Zjawisko rezonansu magnetycznego byłoby szczególnie użyteczne przy przesyłaniu energii pomiędzy urządzeniami domowymi, ponieważ materiały, z których są one zbudowane, powodują, że emitowane przez nie pole magnetyczne wpływałoby bardzo słabo na otocznie. Ważnym czynnikiem jest też fakt, że pole magnetyczne słabo oddziałuje na organizmy żywe, a więc jest dla nich bezpieczne. Uczeni z MIT wykorzystali dwa miedziane zwoje z własnymi rezonatorami. Jeden z nich, podłączony do źródła prądu, był nadajnikiem. Wytwarzał on pole magnetyczne o częstotliwości mierzonej w megahercach. Oddziaływało ono na drugi rezonator, odbiornik. Jednocześnie oddziaływanie z otoczeniem było bardzo słabe. Akademicy udowodnili, że można w bezpieczny sposób przesyłać energię elektryczną. Wykorzystanie pola magnetycznego ma tę przewagę nad polem elektromagnetycznym, że jest bezpieczne. Jego minusem jest zaś fakt, że odległość, na jaką można przesłać energię, jest stosunkowo niewielka. Jest jednak wystarczająco duża, by np. zasilić laptop znajdujący się w pomieszczeniu. Co więcej, w przesłaniu prądu nie przeszkadzają ani inne znajdujące się tam przedmioty, ani kształt samego pomieszczenia. WiTricity może nieco przypominać zjawisko indukcji magnetycznej, ale nim nie jest. Dzięki indukcji można przesłać prąd na minimalne odległości. Gdy zwiększymy odległość pomiędzy zwojami, energia nie zostanie przesłana. Oto magia zjawiska rezonansu. Zwykła indukcja magnetyczna jest około miliona razy mniej efektywna, niż nasz system – mówi Aristeidis Karalis, jeden z członków zespołu badawczego.

Część ekonomistów uważa, że produkty i usługi ekologiczne, np. tak zwana zielona energia czy rosnąca w cieniu kawa, mogą w rzeczywistości niekorzystnie wpływać na środowisko. Matthew Kotchen z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara uważa, że zielone rynki rozwijają się w wielu sektorach. Kawa rosnąca pod osłoną tropikalnego lasu, a nie na otwartej przestrzeni przyczynia się do wzrostu bioróżnorodności, a elektryczność z odnawialnych źródeł jest co prawda droższa, ale nie powoduje zanieczyszczenia powietrza. Konsumenci kupują więc naraz dwa produkty: kawę i ochronę gatunków lub elektryczność i zmniejszoną emisję gazów. Kotchen twierdzi, że kupując produkty ekologiczne najwyższej jakości, konsumenci są mniej skłonni bezpośrednio wspomagać różnego rodzaju akcje czy przeznaczać dodatkowe pieniądze na ochronę środowiska. To nie oznacza, że produkty ekologiczne są złe, lecz że do zagadnienia należy podchodzić z większą ostrożnością. O modelu opracowanym przez amerykańskiego ekonomistę można przeczytać w Journal of Political Economy.