Znajdź zawartość

Możemy się wyspać na zapas, gromadząc energię na wypadek przyszłych męczących wydarzeń. Naukowcy z Walter Reed Army Institute of Research zebrali grupę ochotników. Wzorce ich snu dostosowano do wcześniejszych założeń, by w ten sposób monitorować efekty. Przez tydzień połowie pozwolono na dodatkowy sen (parę godzin ekstra), podczas gdy inni spali tyle, co zwykle. W kolejnym tygodniu wszystkich pozbawiano snu. W laboratorium pozwalano im nocą odpocząć tylko przez 3 godziny. Jak opowiada Tracy Rupp, osoby, które wyspały się na zapas, były bardziej odporne w okresie ograniczenia snu. Podczas wykonywania zadań o różnym stopniu trudności wykazywały, w porównaniu do grupy sypiającej uprzednio zgodnie z własnymi przyzwyczajeniami, mniejszą deteriorację osiągnięć, a szczególnie czasu reakcji czy czujności. Testy wykazały również, że tydzień po eksperymencie ludzie "magazynujący" sen regenerowali się szybciej niż reszta. Odkrycie to jest niezmiernie ważne niemal dla wszystkich grup zawodowych. Dzięki dobrze wykorzystanemu urlopowi czy weekendowemu wypadowi biznesmeni unikną popołudniowo-wieczornego dołka energetycznego, a wojskowi sytuacji zagrażających życiu. Naukowcy sugerują wręcz (jeśli kolejne testy wykażą, że ich teoria jest prawdziwa), by przed wyjazdem na misję organizować sesje magazynowania snu. W przyszłości Amerykanie chcą dokładnie stwierdzić, w jaki sposób dodatkowy sen jest magazynowany. Chcielibyśmy wiedzieć, co się dzieje w mózgu w sensie psychologicznym, a następnie uchwycić wszystkie zmiany podczas badania obrazowego. Na razie zespół Rupp nie ma pojęcia, ile snu/nocy trzeba zmagazynować dla osiągnięcia maksymalnego efektu. Podejrzewają jednak, że to kwestia bardzo zindywidualizowana. Wszyscy wiemy, że trudno jest zasnąć, kiedy następnego dnia czeka nas coś ważnego. Tym bardziej warto zgromadzić użyteczne zapasy. Dlatego też Amerykanie zachwalają drzemki. Sami co prawda uciekli się do innego schematu eksperymentalnego, ale w ramach wcześniejszych studiów udowodniono, że są one wyjątkowo skuteczne, zwłaszcza w poprawianiu wyników w perspektywie krótkoterminowej.

Eksperci z Rocky Mountain Institute opublikowali raport, z którego dowiadujemy się, że koszty produkcji energii z węgla osiągnęły punkt zwrotny i obecnie energia ta na większości rynków przegrywa konkurencję cenową z energią ze źródeł odnawialnych. Z analiz wynika, że już w tej chwili koszty operacyjne około 39% wszystkich światowych elektrowni węglowych są wyższe niż koszty wybudowania od podstaw nowych źródeł energii odnawialnej. Sytuacja ekonomiczna węgla będzie błyskawicznie się pogarszała. Do roku 2025 już 73% elektrowni węglowych będzie droższych w utrzymaniu niż budowa zastępujących je odnawialnych źródeł energii. Autorzy raportu wyliczają, że gdyby nagle cały świat podjął decyzję o wyłączeniu wszystkich elektrowni węglowych i wybudowaniu w ich miejsce odnawialnych źródeł energii, to przeprowadzenie takiej operacji stanie się opłacalne już za dwa lata. Szybsze przejście od węgla do czystej energii jest w zasięgu ręki. W naszym raporcie pokazujemy, jak przeprowadzić taką zmianę, by z jednej strony odbiorcy energii zaoszczędzili pieniądze, a z drugiej strony, by pracownicy i społeczności żyjące obecnie z energii węglowej mogli czerpać korzyści z energetyki odnawialnej, mówi Paul Bodnar, dyrektor Rocky Mountain Institute. Autorzy raportu przeanalizowali sytuację ekonomiczną 2472 elektrowni węglowych na całym świecie. Wzięli też pod uwagę koszty wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych oraz jej przechowywania. Na podstawie tych danych byli w stanie ocenić opłacalność energetyki węglowej w 37 krajach na świecie, w których zainstalowane jest 95% całej światowej produkcji energii z węgla. Oszacowali też koszty zastąpienia zarówno nieopłacalnej obecnie, jak o opłacalnej, energetyki węglowej przez źródła odnawialne. Z raportu dowiadujmy się, że gdyby na skalę światową zastąpić nieopłacalne źródła energii z węgla źródłami odnawialnymi, to w bieżącym roku klienci na całym świecie zaoszczędziliby 39 miliardów USD, w 2022 roczne oszczędności sięgnęłyby 86 miliardów, a w roku 2025 wzrosłyby do 141 miliardów. Gdyby jednak do szacunków włączyć również opłacalne obecnie elektrownie węglowe, innymi słowy, gdybyśmy chcieli już teraz całkowicie zrezygnować z węgla, to tegoroczny koszt netto takiej operacji wyniósłby 116 miliardów USD. Tyle musiałby obecnie świat zapłacić, by już teraz zrezygnować z generowania energii elektrycznej z węgla. Jednak koszt ten błyskawicznie by się obniżał. W roku 2022 zmiana taka nic by nie kosztowała (to znaczy koszty i oszczędności by się zrównoważyły), a w roku 2025 odnieślibyśmy korzyści finansowe przekraczające 100 miliardów dolarów w skali globu. W Unii Europejskiej już w tej chwili nieopłacalnych jest 81% elektrowni węglowych. Innymi słowy, elektrownie te przeżywałyby kłopoty finansowe, gdyby nie otrzymywały dotacji z budżetu. Do roku 2025 wszystkie europejskie elektrownie węglowe będą przynosiły straty. W Chinach nieopłacalnych jest 43% elektrowni węglowych, a w ciągu najbliższych 5 lat nieopłacalnych będzie 94% elektrowni węglowych. W Indiach zaś trzeba dopłacać obecnie do 17% elektrowni, a w roku 2025 nieopłacalnych będzie 85% elektrowni. Co ważne, w swoich wyliczeniach dotyczących opłacalności elektrowni węglowych analitycy nie brali pod uwagę zdrowotnych i środowiskowych kosztów spalania węgla. Energia węglowa szybko staje się nieopłacalna i to nie uwzględniając kosztów związanych z prawem do emisji i regulacjami odnośnie zanieczyszczeń powietrza. Zamknięcie elektrowni węglowych i zastąpienie ich tańszymi alternatywami nie tylko pozwoli zaoszczędzić pieniądze konsumentów i podatników, ale może też odegrać znaczną rolę w wychodzeniu gospodarki z kryzysu po pandemii, mówi Matt Gray stojący na czele Carbon Tracker Initiative. « powrót do artykułu

Na Uniwersytecie w Glasgow po raz pierwszy eksperymentalnie potwierdzono teorię dotyczącą pozyskiwania energii z czarnych dziur. W 1969 roku wybitny fizyk Roger Penrose stwierdził, że można wygenerować energię opuszczając obiekt do ergosfery czarnej dziury. Ergosfera to zewnętrzna część horyzontu zdarzeń. Znajdujący się tam obiekt musiałby poruszać się szybciej od prędkości światła, by utrzymać się w miejscu. Penrose przewidywał, że w tym niezwykłym miejscu w przestrzeni obiekt nabyłby ujemną energię. Zrzucając tam obiekt i dzieląc go na dwie części tak, że jedna z nich wpadnie do czarnej dziury, a druga zostanie odzyskana, spowodujemy odrzut, który będzie mierzony wielkością utraconej energii negatywnej, a to oznacza, że odzyskana część przedmiotu zyska energię pobraną z obrotu czarnej dziury. Jak przewidywał Penrose, trudności inżynieryjne związane z przeprowadzeniem tego procesu są tak wielkie, że mogłaby tego dokonać jedynie bardzo zaawansowana obca cywilizacja. Dwa lata później znany radziecki fizyk Jakow Zeldowicz uznał, że teorię tę można przetestować w prostszy, dostępny na Ziemi sposób. Stwierdził, że „skręcone” fale światła uderzające o powierzchnię obracającego się z odpowiednią prędkością cylindra zostaną odbite i przejmą od cylindra dodatkową energię. Jednak przeprowadzenie takiego eksperymentu było, i ciągle jest, niemożliwe ze względów inżynieryjnych. Zeldowicz obliczał bowiem, że cylinder musiałby poruszać się z prędkością co najmniej miliarda obrotów na sekundę. Teraz naukowcy z Wydziału Fizyki i Astronomii University of Glasgow opracowali sposób na sprawdzenie teorii Penrose'a. Wykorzystali przy tym zmodyfikowany pomysł Zeldowicza i zamiast "skręconych" fal światła użyli dźwięku, źródła o znacznie niższej częstotliwości, i łatwiejszego do użycia w laboratorium. Na łamach Nature Physics Brytyjczycy opisali, jak wykorzystali zestaw głośników do uzyskania fal dźwiękowych, skręconych na podobieństwo fal świetlnych w pomyśle Zeldowicza. Dźwięk został skierowany w stronę obracającego się piankowego dysku, który go absorbował. Za dyskiem umieszczono zestaw mikrofonów, które rejestrowały dźwięk przechodzący przez dysk, którego prędkość obrotowa była stopniowo zwiększana. Naukowcy stwierdzili, że jeśli teoria Penrose'a jest prawdziwa, to powinni odnotować znaczącą zmianę w częstotliwości i amplitudzie dźwięku przechodzącego przez dysk. Zmiana taka powinna zajść w wyniku efektu Dopplera. Z liniową wersją efektu Dopplera wszyscy się zetknęli słysząc syrenę karetki pogotowia, której ton wydaje się rosnąć w miarę zbliżania się pojazdu i obniżać, gdy się on oddala. Jest to spowodowane faktem, że gdy pojazd się zbliża, fale dźwiękowe docierają do nas coraz częściej, a gdy się oddala, słyszymy je coraz rzadziej. Obrotowy efekt Dopplera działa podobnie, jednak jest on ograniczony do okrągłej przestrzeni. Skręcone fale dźwiękowe zmieniają ton gdy są mierzone z punktu widzenia obracającej się powierzchni. Gdy powierzchnia ta obraca się odpowiednio szybko z częstotliwością dźwięku dzieje się coś dziwnego – przechodzi z częstotliwości dodatniej do ujemnej, a czyniąc to pobiera nieco energii z obrotu powierzchni, wyjaśnia doktorantka Marion Cromb, główna autorka artykułu. W miarę jak rosła prędkość obrotowa obracającego się dysku, ton dźwięku stawał się coraz niższy, aż w końcu nie było go słychać. Później znowu zaczął rosnąć, aż do momentu, gdy miał tę samą wysokość co wcześniej, ale był głośniejszy. Jego amplituda była o nawet 30% większa niż amplituda dźwięku wydobywającego się z głośników. To co usłyszeliśmy podczas naszych eksperymentów było niesamowite. Najpierw, w wyniku działania efektu Dopplera częstotliwość fal dźwiękowych zmniejszała się w miarę zwiększania prędkości obrotowej dysku i spadła do zera. Później znowu pojawił się dźwięk. Stało się tak, gdyż doszło do zmiany częstotliwości fal z dodatniej na ujemną. Te fale o ujemnej częstotliwości były w stanie pozyskać część energii z obracającego się dysku i stały się głośniejsze. Zaszło zjawisko, które Zeldowicz przewidział w 1971 roku, dodaje Cromb. Współautor badań, profesor Daniele Faccio, stwierdza: jesteśmy niesamowicie podekscytowani faktem, że mogliśmy eksperymentalnie potwierdzić jedną z najdziwniejszych hipotez fizycznych pół wieku po jej ogłoszeniu. I że mogliśmy potwierdzić teorię dotyczącą kosmosu w naszym laboratorium w zachodniej Szkocji. Sądzimy, że otwiera to drogę do kolejnych badań. W przyszłości chcielibyśmy badać ten efekt za pomocą różnych źródeł fal elektromagnetycznych. « powrót do artykułu

Często i mało, czy rzadko, ale do syta? Gdyby chodziło o dietę, większość specjalistów postawiłaby na odpowiedź 1, ale w przypadku magazynowania energii jest odwrotnie. Okazuje się, że więcej można jej zmieścić ładując rzadko, ale do pełna.Taki przynajmniej wniosek płynie z badań przeprowadzonych przez zespół naukowców IChF PAN. Doświadczenia dotyczyły co prawda wyidealizowanych, dwuwymiarowych układów sieciowych, ale w końcu zasada to zasada. Dr Anna Maciołek, jedna z autorów pracy opublikowanej w Physical Review opisuje ją tak: Chcieliśmy zbadać, jak zmienia się sposób magazynowania energii w układzie,  gdy  pompujemy  do  niego  energię  w  postaci  ciepła,  innymi  słowy – lokalnie  go podgrzewamy. Wiadomo,  że ciepło  w  układach  się  rozprzestrzenia, dyfunduje.  Ale czy na gromadzenie energii ma wpływ sposób jej dostarczania; fachowo mówiąc „geometria podawania”? Czy ma znaczenie, że podajemy dużo energii w krótkim czasie i potem długo nic, i znowu dużo energii, czy też gdy podajemy malutkie porcje  tej energii, ale za to jedna po drugiej, niemal bez przerw? Cykliczne podawanie energii jest bardzo powszechne w naturze. Sami dostarczamy jej sobie w ten sposób, jedząc. Tę samą liczbę kalorii można dostarczyć w jednej lub dwóch dużych porcjach zjadanych w ciągu doby, albo rozbić ją na 5-7 mniejszych posiłków, między którymi są krótsze przerwy. Naukowcy wciąż się spierają, który  sposób jest dla organizmu lepszy. Jeśli jednak  chodzi o dwuwymiarowe układy sieciowe, to już wiadomo, że pod względem efektywności magazynowania wygrywa metoda „rzadko a dużo”. Zauważyliśmy, że w zależności od tego, w jakich porcjach i jak często podajemy energię, ilość, jaką układ potrafi zmagazynować, zmienia się. Największa jest wtedy, gdy porcje energii są duże, ale odstępy czasowe między ich podaniem też są długie, wyjaśnia Yirui Zhang, doktorantka w IChF PAN. Co ciekawe, okazuje się, że gdy taki układ magazynujący podzielimy wewnętrznie na swego rodzaju przedziały, czy też komory, to ilość energii możliwej do zmagazynowania w takim podzielonym ‘akumulatorze’ – o ile bylibyśmy go w stanie skonstruować – wzrośnie. Innymi słowy, trzy małe baterie zmagazynują więcej energii niż jedna duża, precyzuje badaczka. Wszystko to przy założeniu, że całkowita ilość wkładanej do układu energii jest taka sama, zmienia się tylko sposób jej dostarczania. Choć badania prowadzone przez zespół IChF PAN należą do podstawowych i ukazują po prostu fundamentalną  zasadę  rządzącą magazynowaniem energii w magnetykach, ich potencjalne zastosowania  są  nie do  przecenienia.  Wyobraźmy  sobie  np.  możliwość  ładowania  baterii elektrycznego samochodu nie w kilka godzin, lecz w kilkanaście minut albo znaczące zwiększenie pojemności  takich  akumulatorów  bez  zmiany  ich  objętości,  czyli  wydłużenie  zasięgu  auta  na jednym ładowaniu.  Nowe  odkrycie  może  też  w  przyszłości  zmienić  sposoby  ładowania  baterii różnego typu poprzez ustalenie optymalnej periodyczności dostarczania do nich energii « powrót do artykułu

Jednym ze sposobów na pozyskiwanie odnawialnej energii jest wykorzystanie różnicy chemicznych pomiędzy słodką i słoną wodą. Jeśli naukowcom uda się opracować metodę skalowania stworzonej przez siebie technologii, będą mogli dostarczyć olbrzymią ilość energii milionom ludzi mieszkających w okolica ujścia rzek do mórz i oceanów. Każdego roku rzeki na całym świecie zrzucają do oceanów około 37 000 km3 wody. Teoretycznie można tutaj pozyskać 2,6 terawata, czyli mniej więcej tyle, ile wynosi produkcja 2000 elektrowni atomowych. Istnieje kilka metod generowania energii z różnicy pomiędzy słodką a słoną wodą. Wszystkie one korzystają z faktu, że sole złożone są z jonów. W ciałach stałych ładunki dodatnie i ujemne przyciągają się i łączą. Na przykład sól stołowa złożona jest z dodatnio naładowanych jonów sodu połączonych z ujemnie naładowanymi jonami chloru. W wodzie jony takie mogą się od siebie odłączać i poruszać niezależnie. Jeśli po dwóch stronach półprzepuszczalnej membrany umieścimy wodę z dodatnio i ujemnie naładowanymi jonami, elektrony będą przemieszczały się od części ujemnie naładowanej do części ze znakiem dodatnim. Uzyskamy w ten sposób prąd. W 2013 roku francuscy naukowcy wykorzystali ceramiczną błonę z azotku krzemu, w którym nawiercili otwór, a w jego wnętrzu umieścili nanorurkę borowo-azotkową (BNNT). Nanorurki te mają silny ujemny ładunek, dlatego też Francuzi sądzili, że ujemnie naładowane jony nie przenikną przez otwór. Mieli rację. Gdy po obu stronach błony umieszczono słoną i słodką wodę, przez otwór przemieszczały się niemal wyłącznie jony dodatnie. Nierównowaga ładunków po obu stronach membrany była tak duża, że naukowcy obliczyli, iż jeden metr kwadratowy membrany, zawierający miliony otworów na cm2 wygeneruje 30 MWh/rok. To wystarczy, by zasilić nawet 12 polskich gospodarstw domowych. Problem jednak w tym, że wówczas stworzenie nawet niewielkiej membrany tego typu było niemożliwe. Nikt bowiem nie wiedział, w jaki sposób ułożyć długie nanorurki borowo-azotkowe prostopadle do membrany. Przed kilkoma dniami, podczas spotkania Materials Research Society wystąpił Semih Cetindag, doktorant w laboratorium Jerry'ego Wei-Jena na Rutgers University i poinformował, że jego zespołowi udało się opracować odpowiednią technologię. Nanorurki można kupić na rynku. Następnie naukowcy dodają je do polimerowego prekursora, który jest nanoszony na membranę o grubości 6,5 mikrometrów. Naukowcy chcieli wykorzystać pole magnetyczne do odpowiedniego ustawienia nanorurek, jednak BNNT nie mają właściwości magnetycznych. Cetindag i jego zespół pokryli więc ujemnie naładowane nanorurki powłoką o ładunku dodatnim. Wykorzystane w tym celu molekuły są zbyt duże, by zmieścić się wewnątrz nanorurek, zatem BNNT pozostają otwarte. Następnie do całości dodano ujemnie naładowane cząstki tlenku żelaza, które przyczepiły się do pokrycia nanorurek. Gdy w obecności tak przygotowanych BNNT włączono pole magnetyczne, można było manewrować nanorurkami znajdującymi się w polimerowym prekursorze nałożonym na membranę.  Później za pomocą światła UV polimer został utwardzony. Na koniec za pomocą strumienia plazmy zdjęto z obu stron membrany cienką warstwę, by upewnić się, że nanorurki są z obu końców otwarte. W ten sposób uzyskano membranę z 10 milionami BNNT na każdy centymetr kwadratowy. Gdy taką membranę umieszczono następnie pomiędzy słoną a słodką wodą, uzyskano 8000 razy więcej mocy na daną powierzchnię niż podczas eksperymentów prowadzonych przez Francuzów. Shan mówi, że tak wielki przyrost mocy może wynikać z faktu, że jego zespół wykorzystał węższe nanorurki, zatem mogły one lepiej segregować ujemnie naładowane jony. Co więcej, uczeni sądzą, że membrana może działać jeszcze lepiej. Nie wykorzystaliśmy jej pełnego potencjału. W rzeczywistości tylko 2% BNNT jest otwartych z obu stron, mówi Cetindag. Naukowcy pracują teraz nad zwiększeniem odsetka nanorurek otwartych z obu stron membrany. « powrót do artykułu

Najbardziej obfitym i najłatwiej dostępnym źródłem odnawialnej energii jest Słońce. Jednak dotychczas, by wykorzystać jego potencjał, konieczne jest wykonanie wielu kroków pośrednich, które w efekcie pozwolą np. napędzać maszynę dzięki energii pozyskanej z naszej gwiazdy. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley stworzyli proste, wodne maszyny napędzane bezpośrednio przez Słońce. Teoretycznie można je skalować tak, by otrzymać pompy generujące energię. "Słoneczne maszyny" działają dzięki zjawisku napięcia powierzchniowego. Molekuły wody silnie na siebie oddziałują i, jak się okazało, można to oddziaływanie wykorzystać do poruszania obiektów po powierzchni wody. Urządzenia z Berkeley to kawałki przezroczystego plastiku, którego najdłuższa krawędź ma około centymetra. Pokryto je paskami ułożonych wertykalnie węglowych nanorurek. Jeśli teraz na taką maszynę pada światło Słońca, nanorurki się podgrzewają i ogrzewają wodę wokół. To zmniejsza napięcie powierzchniowe z jednej strony kawałka plastiku, który w efekcie jest odpychany od miejsca o niższym napięciu. Prace nad poruszanymi światłem słonecznym maszynami prowadzili Alex Zettl, profesor fizyki materii skondensowanej oraz profesor chemii i inżynierii chemicznej Jean M. J. Frechet. Profesor Zettl mówi, że warto je kontynuować, gdyż siły napięcia powierzchniowego są bardzo duże, a więc być może uda się je wykorzystać. Uczeni zademonstrowali dwie maszyny. Pierwsza z nich to łódka z nanorurkami przylepionymi z tyłu. Po oświetleniu nanorurek płynęła ona do przodu. Maksymalne prędkość łódki o długości 1 cm wynosiła 8 centymetrów na sekundę. Druga z maszyn to prosty wirnik. Do każdego z jego czterech skrzydeł przymocowano z jednej strony nanorurki. Po wystawieniu na działanie światła słonecznego kręcił się on z prędkością około 70 obrotów na minutę. Zettl i Frechet rozpoczęli swoje eksperymenty od małych obiektów, ponieważ poruszanie ich po wodzie stanowi poważne wyzwanie. W tej skali występujące turbulencje stanowią poważną przeszkodę. Ponadto w nanoskali napięcie powierzchniowe działa silniej niż grawitacja. Obaj uczeni mają nadzieję, że ich prace przyczynią się do powstanie przydatnych w medycynie miniaturowych urządzeń napędzanych laserem i korzystających z napięcia powierzchniowego płynów ustrojowych. Chcieliby też stworzyć nanowirniki do generatorów energii elektrycznej. Planują również wybudowanie dużej łodzi, która, po umieszczeniu z tyłu soczewek i nanorurek, byłaby napędzana Słońcem. Dean Alhorn, pracujący w NASA nad napędzanym słońcem satelitą NanoSail-D chwali prace swoich kolegów. Zauważa jednak, że muszą jeszcze dowieść, iż siła Słońca i napięcia powierzchniowego jest na tyle duża, by np. pokonać fale na otwartym akwenie.

Naukowcy z singapurskiego Uniwersytetu Narodowego pracują nad nową membraną, która jest w stanie przechowywać znacznie więcej energii niż nowoczesne baterie litowo-jonowe. Zespół doktora Xie Xian Ninga bada membranę wykonaną z polimeru bazującego na polistyrenie. Membranę zamyka się pomiędzy grafitowymi płytkami. Jej pojemność wynosi 0,2 farada na każdy centymetr kwadratowy. Standardowy kondensator przechowuje obecnie 1 mikrofarad na centymetr kwadratowy. Dzięki pracom Singapurczyków mogą znacząco spaść ceny urządzeń do przechowywania energii. Obecnie urządzenie z płynnym elektrolitem kosztuje około 7 dolarów za każdy farad pojemności. Nowe membrany pozwalają przechować farad za 62 centy. Innymi słowy, bateria wykorzystująca singapurską membranę za cenę 1 dolara przechowa 10-20 watogodzin. Baterie litowo-jonowe za taką samą kwotę przechowują 2,5 watogodziny. Membrana charakteryzuje się też olbrzymią wytrzymałością. Jest ona w stanie przetrwać 5000-6000 cykli ładowania/rozładowywania. Ładuje się ponadto szybciej niż standardowa bateria. W porównaniu z akumulatorami i superkondensatorami te membrany umożliwiają budowanie tanich urządzeń o bardzo prostej architekturze. Co więcej, wydajność membran przewyższa akumulatory i superkondensatory - powiedział doktor Xie.

Inżynierowie z Pennsylvania State University połączyli dwie technologie pozyskiwania energii - biochemiczne ogniwa paliwowe wykorzystujące mikroorganizmy oraz odwróconą elektrodializę - dzięki czemu udało się oczyścić ścieki dzięki energii pozyskanej z nich samych. Co więcej, powstała też nadmiarowa energia, którą można odprowadzić do sieci. Profesor Bruce E. Logan, który nadzorował badania, mówi, że ich celem jest doprowadzenie do sytuacji, w której systemy dostarczania wody i odprowadzania ścieków będą energetycznie samowystarczalne. Zdaniem Logana miejskie ścieki mają kolosalny potencjał energetyczny. Można z nich pozyskać nawet 9-krotnie więcej energii niż potrzeba do ich oczyszczenia. Nie trzeba dużo myśleć, by dojść do wniosku, że cały proces można uczynić przynajmniej neutralnym pod względem zużycia energii - stwierdził uczony. Połączenie ogniwa biochemicznego i odwróconej elektrodializy pozwoliło na przezwyciężenie słabości obu tych technologii. Ogniwo biochemiczne składa się z dwóch komór przedzielonych półprzepuszczalną membraną, którą protony mogą przenikać tylko w jedną stronę. Wystarczy wsadzić elektrody do komór, by uzyskać baterię. Do jednej z elektrod należy przyczepić mikroorganizmy rozkładające molekuły organiczne. Z ich rozkładu powstają prostsze molekuły oraz protony i elektrony. Protony przechodzą przez membranę, tworząc potencjał pomiędzy obiema komorami, a elektrony przepływają poprzez elektrodę do sąsiedniej komory, gdzie łączą się z protonami i tlenem, tworząc wodę. Odwrócona elektrodializa również korzysta z przepływu jonów, jednak działa dzięki różnej ich koncentracji. Do pracy wymaga dwóch membran - jednej pozwalającej na przepływ jonów ujemnych, drugiej umożliwiającej przepływ jonów dodatnich. Całość trzeba zatem podzielić na trzy komory. Jeśli np. do środkowej wlejemy wodę morską, a do bocznych słodką, to jony przenikną przez odpowiednie membrany, w wyniku czego jedna z bocznych komór będzie naładowana dodatnio, druga - ujemnie. Obie te metody nie są pozbawione wad. Biochemiczne ogniwo paliwowe pozwala na uzyskanie niewielkiej mocy, a odwrócona elektrodializ działa, gdy połączymy co najmniej 20 par membran, co jest kosztownym przedsięwzięciem. Dzięki połączeniu obu technologii liczbę par membran w systemie odwróconej elektrodializy zmniejszono do 5, jednocześnie zwiększając 7-krotnie moc uzyskiwaną z ogniwa biochemicznego. Kluczowym elementem całości jest użycie w miejsce wody morskiej wodorosoli amonowej kwasu węglowego (NH4HCO3). Sól tę można odzyskiwać z roztworu po podgrzaniu go do nieco ponad 40 stopni Celsjusza, co oznacza, że można poddawać ją recyklingowi wykorzystując ciepło odpadowe całego procesu. Największym problemem stojącym przed zespołem Logana jest przeskalowanie urządzenia tak, by można było przeprowadzić testy w istniejących systemach wodociągowych.

Użytkownicy smartfonów, którym zależy na dłuższej pracy na pojedynczym ładowaniu baterii powinni zastanowić się nad częstszym używaniem... płatnych wersji oprogramowania. Abhinav Pathak i Charlie Hu z Purdue University oraz Ming Zhang z Microsoft Research odkryli, że bezpłatne aplikacje zużywają niezwykle dużo energii. Badacze stworzyli program Eprof, który bardzo szczegółowo opisuje zużycie energii przez urządzenie podczas używania różnych aplikacji. Następnie sprawdzili za jego pomocą smartfony z systemami Android i Windows Phone. Okazało się, że bezpłatne oprogramowanie, takie jak np. Angry Birds, Free Chess, Facebook i NYTimes na potrzeby swoich zasadniczych funkcji wykorzystuje jedynie 10-30 procent zużywanej energii. Na przykład Angry Birds używają tylko 20% wykorzystywanej energii na obsługę gry, a 45% jest zużywane na określenie lokalizacji użytkownika przez GPS oraz ładowanie odpowiednich reklam przez 3G. Łącze 3G pozostaje otwarte przez około 10 sekund po zakończeniu transmisji, co zużywa kolejne 28% energii. Eprof wykazał też, że takie marnotrawstwo energii jest związane z błędami niechlujnie napisanym kodem do zarabiania na bezpłatnych programach. Badacze udowodnili, że wilk może być syty i owca cała - poprawili kod w czterech programach, zmniejszając konsumpcję energii od 20 do 65 procent.

Opadające krople deszczu trą o powietrze, przez co energia kinetyczna zarówno kropli jak i powietrza zamieniana jest w energię cieplną i zostaje rozproszona. Grupa matematyków policzyła ilość rozpraszanej w ten sposób energii i ze zdumieniem odkryła, że opady deszczu mogą być bardzo istotnym składnikiem ogólnego bilansu energetycznego atmosfery. Matematycy Olivier Pauluis z New York University oraz Juliana Dias z Narodowej Administracji Oceanów i Atmosfery (NOAA) wykorzystali dane uzyskane przez program Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM). Z ich obliczeń wynika, że pomiędzy 30. stopniem szerokości północnej a 30. stopniem szerokości południowej, rozproszenie energii wskutek tarcia kropli deszczu o powietrze średnio 1,8 wata na metr kwadratowy. Spadające krople wody i kryształki lodu stanowią minimalną część masy atmosfery, jednak, jak się okazuje, prowadzą do rozproszenia olbrzymich ilości energii. Specjaliści przewidują, że w miarę jak klimat będzie się ocieplał, opady staną się bardziej intensywne. Co więcej krople będą miały dłuższą drogę do przebycia, gdyż para wodna będzie kondensowała na większych wysokościach. Pauluis uważa, że na każdy stopień wzrostu temperatury ilość rozpraszanej energii wzrośnie o kilka procent. Wyliczenia te są zgodne z wcześniejszymi modelami klimatycznymi. Spodziewamy się, że wraz ze wzrostem temperatury wielkoskalowe cyrkulacje powietrza w tropikach, takie jak komórka Hadleya czy komórka Walkera osłabną - mówią uczeni. Można zatem spodziewać się osłabnięcia pasatów, które są częścią obu komórek. Nie osłabną za to huragany. Są one bowiem zależne nie od energii zgromadzonej w atmosferze a od temperatury powierzchni oceanów. Eksperci zapowiadają wzrost siły tych wiatrów.

Sposób na lekooporne bakterie szpitalne? Otwieranie okien. Jack Gilbert z Argonne National Laboratory uważa, że wpuszczenie do środka innych mikroorganizmów może zachwiać pozycją superbakterii, które w sterylnym na co dzień otoczeniu nie mają po prostu konkurencji. Amerykanin wyjaśnia, że gdyby porozmawiać z jakimkolwiek lekarzem z oddziałów czy klinik leczących zakażenia ran, dowiedzielibyśmy, że mimo ciągłego odkażania narzędzi i rąk, patogeny dostają się do organizmu operowanych. To sytuacja, kiedy nie mają one żadnej konkurencji ze strony innych bakterii skórnych lub środowiskowych, bo te zostały przecież wyeliminowane. Nadmierne wykorzystanie antybiotyków i środków sterylizujących zagraża populacji korzystnych dla zdrowia bakterii szpitalnych. Otwierając okna, [...] albo rozrzedzimy patogeny, albo nie pozwolimy im się zadomowić i rozrosnąć ze względu na zbyt dużą konkurencję o składniki odżywcze i energię. Rozwiązanie rodem z klasycznego podręcznika "Uwagi o pielęgniarstwie" autorstwa Florence Nightingale wydają się jeszcze bardziej zasadne w świetle wyników badań, które upubliczniono pod koniec zeszłego roku. Jessica Green z Oregon University wykazała bowiem, że powietrze w klimatyzowanych salach szpitalnych zawiera, w porównaniu do sal wietrzonych, mniej zróżnicowane populacje mikroorganizmów. W oparciu o mikrobiom stwierdzono, że relatywna częstość występowania bakterii blisko spokrewnionych z ludzkimi patogenami była wyższa w pomieszczeniach niż na zewnątrz i wyższa w pomieszczeniach ze słabszym przepływem powietrza i niższą wilgotnością względną. Budynki są w końcu złożonymi ekosystemami i nie wolno zapominać, że bilony mikroorganizmów wchodzą tu w interakcje ze sobą, ludźmi i otoczeniem. My możemy zaburzać równowagę, ale i starać się ją przywracać...

CERN poinformował, że w bieżącym roku energia strumieni cząstek w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) zostanie zwiększona do 4 teraelektronowoltów (TeV). Będzie zatem o 0,5 TeV większa niż w latach 2010-2011. Ma to pomóc w zebraniu jak największej ilości danych przed wyłączeniem akceleratora na dłuższy czas. Cele, które naukowcy chcą osiągnąć w bieżącym roku to uzyskanie 15 odwrotnych femtobarnów w eksperymentach ATLAS i CMS. Odwrotny femtobarn oznacza liczbę interakcji cząsteczek na 1 femtobarn. Naukowcy mają zatem zamiar aż trzykrotnie zwiększyć ilość pozyskanych danych. Jeden odwrotny femtobarn to w praktyce około 70 bilionów zderzeń. Gdy rozpoczynaliśmy w 2010 roku prace z LHC zdecydowaliśmy się na pracę z wiązkami o najniższej bezpiecznej energii. Dwa lata pracy z wiązkami i wiele pomiarów wykonanych w 2011 roku upewniło nas, że możemy bezpiecznie podnieść poprzeczkę i rozpocząć bardziej ambitne eksperymenty, zanim na długi czas zamkniemy LHC - mówi Steve Myers dyrektor CERN ds. akceleratorów i technologii. Pod koniec bieżącego roku LHC zostanie zamknięty na około 20 miesięcy. Podczas tej przerwy Wielki Zderzacz Hadronów będzie przystosowywany do pracy z maksymalną przewidzianą mocą - 7 TeV na wiązkę. Urządzenie zostanie ponownie uruchomione pod koniec 2014 roku, a pełną moc osiągnie w roku 2015.

Operatorzy misji Voyager 1 wyłączyli urządzenie grzewcze, obniżając temperaturę spektrometru ultrafioletowego aż o 23 stopnie Celsjusza. Działanie takie ma na celu zmniejszenie poboru energii przez sondę, dzięki czemu będzie ona pracowała do roku 2025. Nie wiadomo, czy spektrometr ultrafioletowy poradzi sobie w niskich temperaturach. Obecnie pracuje przy -79 stopniach Celsjusza i ciągle zbiera oraz przesyła dane. Urządzenie zostało zaprojektowane do pracy przy -35 stopniach Celsjusza. Jednak w ciągu ostatnich 17 lat stopniowo wyłączano różne grzałki, obniżając temperaturę spektrometru. Od 2005 roku urządzenie pracowało przy w temperaturze -56 stopni Celsjusza. To zachęciło operatorów do podjęcia kolejnej próby zaoszczędzenia energii. Niewykluczone, że w rzeczywistości temperatura spektrometru jest już niższa niż -79 stopni Celsjusza. Tego się jednak nie dowiemy, gdyż skala czujnika temperatury kończy się właśnie w tym punkcie. Wyłączona właśnie grzałka jest wbudowana w pobliski spektrometr podczerwieni, który nie pracuje od 1998 roku.

W niedalekiej przyszłości będziemy mogli wykorzystywać owady w roli zwiadowców, wysyłanych w miejsca, do których z jakichś powodów nie można wysłać ludzi. Naukowcom z University of Michigan udało się stworzyć system, który pozyskuje energię elektryczną z ruchów owada. Dzięki pozyskaniu tej energii być może uda się zasilić miniaturowe kamery, mikrofony, czujniki i sprzęt komunikacyjny, umieszczony na grzbiecie owada. Moglibyśmy wysyłać tak wyposażone owady w miejsca niebezpieczne, w które nie chcemy posyłać ludzi - mówi profesor Khalil Najafi. Zespół Najafiego opracował sposób na zbieranie energii z ruch skrzydeł owadów i doładowywanie baterii. Dzięki takiemu rozwiązaniu urządzenia przyczepione do owada będą pracowały dłużej.

Z badań, których wyniki opublikowano w Nature Cell Biology, dowiadujemy się, że w warunkach laboratoryjnych można zabić komórki nowotworowe za pomocą... leku na cukrzycę. Odkrycia dokonał zespół profesora Guid Franzoso z Imperial College London. Komórki nowotworowe charakteryzują się szybkim namnażaniem. Jednak, aby było to możliwe, komórki te muszą być w stanie szybko zmieniać sposób produkcji energii. Brytyjski zespół odkrył, że za przełączenie metody produkcji odpowiada kompleks białkowy NF-kB. Gdy komórkom nowotworowym zaczyna brakować glukozy, przełączają się one na pozyskiwanie energii z innych źródeł. Jednak, jak się okazało, wystarczy zablokować NF-kB, by nie doszło do zmiany sposobu produkcji energii, dzięki czemu komórki zostają zagłodzone. Naukowcy wykorzystali molekułę blokującą NF-kB w połączeniu z metforminą, lekiem na cukrzycę. Lek zablokował alternatywne metody produkcji energii, w efekcie czego w warunkach laboratoryjnych doszło do śmierci komórek raka pęcherza. Jako pierwsi udowodniliśmy, że NF-kB kontroluje sposób pozyskiwania nergii przez komórki. Już wcześniej było wiadomo, że NF-kB odgrywa rolę w rozwoju nowotworu. Bierze on bowiem udział w kontrolowaniu odpowiedzi immunologicznej i wspomaga rozwój nowotworu. Inhibitory NF-kb są obecnie wykorzystywane w leczeniu, jednak w związku z poważnymi skutkami ubocznymi korzyści z ich używania są ograniczone. Teraz mamy nadzieję, że uda się je połączyć z metforminą, by zwiększyć efektywność leczenia - powiedział profesor Franzoso. Doktor Julie Sharp z Cancer Research UK zauważa, że zrozumienie sposobu produkcji energii przez komórki nowotoworowe daje nadzieję na opracowanie selektywnej metody leczenia, która będzie skuteczna przeciwko tym komórkom, a jednocześnie nie uczyni krzywdy zdrowym tkankom.

Firma Terrapower, w którą zainwestowali Nathan Myhrvold i Bill Gates, jest coraz bliżej zbudowania nowatorskiego reaktora atomowego typu TWR (travelling wave reactor - reaktor z falą wędrującą). O tym, jak wygląda koncepcja tego typu reaktora, informowaliśmy przed dwoma laty. Dość przypomnieć, że jest to reaktor, który sam dla siebie produkuje paliwo, dzięki czemu teoretycznie może działać przez setki lat. Jest urządzeniem znacznie bezpieczniejszym i tańszym w eksploatacji niż obecne elektrownie atomowe. Terrapower rozpoczęła prace nad reaktorem w 2006 roku. W międzyczasie projekt zmieniono tak, że stało się on bardziej podobny do konwencjonalnych reaktorów, dzięki czemu będzie łatwiejszy w budowie. Terrapower obliczyła też już dokładne parametry reaktora. Firma planuje, że w 2016 roku rozpocznie budowę 100-magawatowego TWR, a urządzenie podejmie pracę w roku 2020 i ma działać przez 40-60 lat bez konieczności wymiany paliwa. Największym problemem są koszty budowy reaktora. TWR ma olbrzymie zalety, jednak na jego budowę trzeba prawdopowodnie wydać tyle samo pieniędzy, co na budowę konwencjonalnego reaktora. W oryginalnej koncepcji TWR reakcja rozpoczyna się na jednym końcu reaktora i powoli, w tempie około 1 centymetra na rok, przesuwa się - stąd mowa o „wędrującej fali" - na jego drugi koniec. W zmodernizowanym projekcie Terrapower zaproponowano, by reakcja rozpoczynała się w centrum reaktora. Urządzenie zostanie wypełnione prętami paliwowymi z uranem-235, które zostaną otoczone prętami z uranem-238. Gdy reakcja się rozpocznie, w tych prętach z uranem-238, które są najbliżej prętów z uranem-235 przemiana uranu w pluton zajdzie w pierwszej kolejności. To z kolei spowoduje zapoczątkowanie reakcji w sąsiednich prętach. Gdy paliwo w prętach położonych najbliżej centrum zostanie wypalone, zdalnie sterowane urządzenie przesunie je na obrzeża rdzenia reaktora, a reszta prętów, w tym te, w których reakcja już się rozpoczęła, zostaną przesunięte bliżej środka. Mimo, że system taki wydaje się bardziej skomplikowany od pierwotnej koncepcji, jest w rzeczywistości prostszy. Ciepło jest w nim bowiem generowane zawsze w tym samym miejscu reaktora, a zatem łatwiej jest je wykorzystać do produkcji elektryczności. Jednym z najpoważniejszych problemów jest brak odpowiedniego materiału do produkcji prętów paliwowych. Obecnie używana stal nie jest w stanie wytrzymać dziesiątków lat promieniowania. Może puchnąć i zamknie przestrzenie pomiędzy prętami, którymi przepływa chłodziwo. Eksperci z Terrapower mówią, że stal, która miałaby wytrzymać 40 lat musi być dwu- lub trzykrotnie bardziej wytrzymała niż obecnie. Inżynierowie wykorzystują modele komputerowe do przewidywania zachowań materiałów. Jeśli dowiedzą się dzięki nim, jak bardzo stal może puchnąć, niewykluczone, że zwiększą odległości pomiędzy prętami. Terrapower prowadzi obecnie negocjacje z partnerami z Chin, Rosji i Indii, z którymi chce wybudować pierwszy TWR.

Nosząc podczas walki zbroje, średniowieczni żołnierze zużywali 2-krotnie więcej energii, niż gdyby ich na siebie nie wkładali. Naukowcy z Wielkiej Brytanii, Włoch i Nowej Zelandii jako pierwsi klarownie zademonstrowali, w jaki sposób średniowieczna zbroja ograniczała wydajność rycerzy oraz innych osób uczestniczących w wojnach i potyczkach zbrojnych. Wyniki badań ukazały się w piśmie Proceedings of the Royal Society B. Podczas walki XV-wieczni żołnierze nosili zbroję ze stalowych płyt, ważącą przeważnie 30-50 kg. Uważa się, że to istotny czynnik który w dużej mierze decydował o tym, czy dana armia wygra, czy poniesie porażkę. Odkryliśmy, że noszenie takiego ciężaru rozłożonego na całym ciele wymaga zużycia o wiele większych ilości energii niż noszenie identycznej masy w plecaku. Dzieje się tak, gdyż kończyny są obciążone dodatkowymi kilogramami [ok. 7-8], co oznacza, że trzeba włożyć więcej wysiłku w każdy krok. W przypadku plecaka ciężar znajduje się w jednym miejscu i przesunięcie nóg jest prostsze – tłumaczy szef zespołu badawczego dr Graham Askew z Uniwersytetu w Leeds. Podczas eksperymentów akademicy z Leeds, Mediolanu i Auckland współpracowali z wytrenowanymi ochotnikami, którzy odtwarzają walki dla Royal Armouries Museum w Leeds. Wkładali oni dokładne repliki 4 rodzajów europejskich zbroi pełnych (w tym angielskiej, północnowłoskiej i niemieckiej, zwanej częściej gotycką) i biegali oraz maszerowali na bieżni. W tym czasie za pomocą maski do respirometrii mierzono zużycie tlenu i ilość wydalanego dwutlenku węgla. W ten sposób uzyskiwano dane dotyczące wykorzystania energii. Dodatkowo akademikom udało się stwierdzić, jak zbroja wpływała na oddech. W normalnych warunkach osoba wykonująca ćwiczenia na bieżni oddychałaby głęboko, tymczasem tutaj pojawiała się seria o wiele płytszych ruchów klatki piersiowej, które także przyczyniały się do zużywania większych ilości energii. Przy poruszaniu się bardzo szybko zaczynało brakować tchu, co zapewne mocno ograniczało wydajność bojową – podkreśla dr Federico Formenti z Uniwersytetu w Auckland. Kamera szybkoklatkowa pozwoliła na analizę ruchów kończyn. W XV w. zaczęto stosować na dużą skalę nowe rodzaje broni – kusze i długie angielskie łuki. Musiała więc wyewoluować także zbroja. Zbroja pełna, często tzw. płytowa, pokrywała całe ciało żołnierza. Za dodatkową ochronę trzeba było jednak słono zapłacić dodatkowym wysiłkiem. Co ciekawe, dotąd nikt nie sprawdził eksperymentalnie, jak dużym. Naukowcy sądzą, że zbroje przesądziły o wynikach różnych bitew, np. pod Azincourt, gdzie mający znaczną przewagę liczebną Francuzi przegrali z wojskami angielskimi pod wodzą króla Henryka V. Zakuci w zbroje Francuzi utknęli w błocie, które po nocnej burzy pokryło całą równinę. Trzon zwycięskiej armii stanowiło właśnie łucznictwo. W XVI w. sytuacja na polach bitwy zmieniła się, ponieważ na początku tego stulecia broń palna zaczęła osiągać coraz większy stopień rozwoju tak technicznego, jak i formalnego. Wskutek tego zmniejszyła się liczba starć twarzą w twarz. Interesujące, co się wtedy stało ze zbroją. Usunięto część osłaniającą podudzia, czyli element zwiększający energetyczność ruchów nóg – opowiada Askew.

Naukowcy z Georgia Institute of Technology (Gatech) znaleźli sposób na przechwytywanie i wykorzystywanie energii emitowanej przez przekaźniki radiowe, telewizyjne, sieci komórkowe czy satelity komunikacyjne. Takie źródła energii mogą w przyszłości zasilać sieci bezprzewodowych czujników, procesory czy inne układy scalone. Wokół nas znajduje się dużo elektromagnetycznej energii, ale nikt nie potrafił jej wyłapać - stwierdził profesor Manos Tentzeris z Gatechu. Używamy ultraszerokopasmowej anteny, która pozwala nam korzystać z różnych sygnałów w różnych zakresach częstotliwości, znacznie zwiększając nasze możlwości zbierania energii - dodaje uczony. Tentzeris i jego współpracownicy wykorzystują drukarkę atramentową do połączenia czujników, anten i innych urządzeń zbierających energię na papierowym lub polimerowym podłożu. Wynalazek został zaprezentowany podczas organizowanego przez Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników „Sympozjum anten i systemów propagacji". System Tentzerisa przechwytuje częstotliwości od 100 MHz do 15 GHz, konwertuje następnie energię mikrofalową z prądu zmiennego na prąd stały i przechowuje ją w akumulatorach bądź kondensatorach. Z samych częstotliwości wykorzystywanych przez telewizję udaje się zebrać setki mikrowatów mocy. System działający w szerszym spektru może zebrać ponad miliwat. Taka ilość energii wystarczy by zasilić wiele różnych urządzeń, w tym czujniki i mikroprocesory. Naukowcy z Gatech twierdzą, że połączenie ich wynalazku z superkondensatorami i urządzeniami pracującymi w cyklach pozwoli na zasilanie urządzeń wymagających do pracy ponad 50 miliwatów. Już w tej chwili są w stanie zasilać czujnik temperatury przechwytując fale elektromagnetyczne emitowane prze położony w odległości pół kilometra przekaźnik telewizyjny. Przygotowują też następny pokaz - chcą zaprezentować mikrokontroler, który zacznie działać po wystawieniu go na zewnątrz budynku. Urządzenie zbierające energię ze źródeł elektromagnetycznych może pracować samo lub współpracować z innymi. W połączeniu np. z ogniwem fotowoltaicznym może w nocy doładowywać akumulatory bądź zapobiegać ich rozładowywaniu się. Może też być używane jako zasilanie awaryjne w razie nagłej awarii, może wysłać sygnał alarmowy czy uruchomić automatyczne funkcje naprawcze. Postęp w tej dziedzinie jest bardzo szybki. Gdy Tentzeris rozpoczynał w 2006 roku prace nad obwodami drukowanymi na papierze, były one w stanie pracować na częstotliwościach 100-200 MHz. Teraz możemy na papierze drukować obwody pracujące z pasmem do 15 GHz. Gdy są drukowane na polimerach, współpracują z pasmem 60 GHz - mówi Rushi Vyas, współpracownik Tentzerisa.

Electric Power Research Institute (EPRI) opublikował nowe dane dotyczące przewidywanych kosztów zastosowania w USA technologii Smart Grid. Obecne szacunki przewidują, że - w porównaniu z tymi z roku 2004 - koszty będą 2- lub 3-krotnie wyższe. Na szczęście większe będą też przewidywane korzyści. Smart Grid to nic innego, jak inteligentne systemy dystrybucji energii, które pozwalają na komunikację pomiędzy wszystkimi uczestnikami rynku energii, pozwalają na obniżenie kosztów oraz zwiększenie efektywności usług i zintegrowanie w jeden system rozproszonych źródeł produkcji energii. EPRI szacuje obecnie, że koszt objęcia całych USA platformą Smart Grid wyniesie od 338 do 476 miliardów USD. W roku 2004 szacunki mówiły o 165 miliardach. Korzyści z zastosowania tej technologii mają sięgnąć 1,2 do 2 bilionów dolarów (wcześniej przewidywano 660 miliardów). Tak duża różnica pomiędzy szacunkami bierze się z faktu, że poprzednio EPRI nie brało pod uwagę stacji ładowania samochodów elektrycznych i hybryd, źródeł energii odnawialnej, systemów magazynowania energii czy systemów pozwalających konsumentom na dostosowanie własnego zużycia energii do dynamicznie zmieniających się cen. Większość kosztów budowy Smart Grid - 231-339 miliardów - pochłonie stworzenie samego systemu dystrybucji energii. Kolejne 32,3 miliarda trzeba będzie wydać na system IT, a 3,7 miliarda na jego zabezpieczenie. EPRI przewiduje też, że 6 miliardów pochłonie budowa sieci 70 000 czujników i urządzeń do zarządzania. „Wiele urządzeń w systemie elektrycznym jest starszych, niż przewidywany okres ich pracy. Na przykład średni wiek podstacji wynosi obecnie 42 lata, a były one projektowane z myślą o 40 latach pracy" - mówi Clark Gellings z EPRI. Już obecnie rząd USA przeznaczył na budowę Smart Grid 43 miliardy dolarów. Koszt stworzenia platformy zostanie rozłożony na wszystkich użytkowników energii. W 2007 roku było ich 142 miliony, a w 2030 ma być ich 165 milionów. Większość z tej grupy - około 143,9 miliona - będą stanowiły w roku 2030 gospodarstwa domowe. Każde z nich zapłaci za budowę Smart Grid około 12 dolarów miesięcznie. W ciągu dekady będzie to kwota 1455 USD. Ponadto każdy z 20,2 miliona użytkowników biznesowych zapłaci około 84 USD miesięcznie, czyli w sumie około 10 000 dolarów. Użytkownicy przemysłowi, których będzie ponad 900 000 będą płacili po 1266 dolarów miesięcznie, czyli w sumie 151 000.

Inżynierowie z Duke University teoretycznie wyliczyli, że za pomocą odpowiednio zaprojektowanego metamateriału możliwe będzie znaczące zmniejszenie strat energii wysyłanej bezprzewodowo. Podczas bezprzewodowego przesyłania energii jej większość jest tracona. Olbrzymich strat można uniknąć tylko wówczas, gdy odbiornik i nadajnik znajdują się bardzo blisko siebie. Jednak uczeni z Duke stwierdzili, że jeśli pomiędzy urządzeniami umieścimy przewidziany przez nich teoretycznie metamateriał, to skupi on energię tak, że mimo większej odległości nadajnika od odbiornika, straty energii będą minimalne. Obecnie udaje się przesłać niewielkie ilości energii na krótkie odległości, na przykład możemy zasilić tagi RFID. Jednak większe ilości energii, takie jak promienie lasera czy mikrofale mogłyby spalić wszystko na swojej drodze - mówi Yaroslav Urzhumov z Duke'a. Nasze obliczenia wskazują, że powinno być możliwe wykorzystanie metamateriału do zwiększenia ilości transmitowanej energii bez występowania efektów ubocznych - dodaje. Urzhumov pracuje w laboratorium profesora Davida R. Smitha, którego zespół jako pierwszy na świecie zaprezentował metamateriał działający jak czapka-niewidka. Jako że metamateriały mogą działać tak, jakby część przestrzeni nie istniała to, zdaniem Urzhumova, ich zastosowanie pomiędzy nadajnikiem energii a odbiornikiem wywoła taki efekt, jakby urządzenia były bardzo blisko siebie. A zatem straty energii powinny być minimalne. Taki materiał, o ile powstanie, powinien składać się z setek lub tysięcy pętli przewodzących ułożonych w jedną macierz. Pętle takie będą umieszczone na podłożu z miedzi i włókna szklanego. System taki musi być dostrojony do specyficznego odbiornika, a ten z kolei musi być zestrojony z nadajnikiem - stwierdził Urzhumov.

Szkockie destylarnie zasilą 9 tysięcy gospodarstw domowych energią i ciepłem ze spalania odpadów po produkcji whisky. W projekcie biorą udział niektóre z najbardziej znanych tutejszych destylarni. Ostatnio podpisano kontrakty na budowę zakładu w Rothes w słynącym z whisky regionie Strathspey. Ma on powstać do 2013 roku. Realizacja całości będzie kosztować 50 mln funtów. Flagowy przemysł Szkocji generuje ogromne ilości odpadów w postaci wytłoków z ziarna oraz osadów z miedzianych destylatorów. Spółka joint venture Helius Energy i Combination of Rothes Distillers (CoRD) zamierza spalać wytłoki z dodatkiem drewnianych strużyn. Energię do domów ma dostarczać duńska firma inżynieryjna Energie Technick. Z osadów z destylatora powstanie zagęszczony nawóz organiczny i pasza dla zwierząt lokalnych rolników. Niektórzy ekolodzy zgłosili zastrzeżenia, że część drewna będzie pochodzić spoza regionu, jednak zwolennicy projektu podkreślają, że moc rzędu 7,2 megawata (tyle dałyby dwie duże turbiny wiatrowe) doskonale odpowiada lokalnemu zapotrzebowaniu i pozwala zagospodarować marnowane dotąd materiały. Pięćdziesiąt ze 100 szkockich destylarni znajduje się w regionie Strathspey, dlatego jak twierdzi dyrektor generalny CoRD Frank Burns, to idealna lokalizacja dla bioelektrowni, która powstanie w już funkcjonującym ośrodku przemysłowym. Mamy duże wsparcie ze strony lokalnej społeczności. Na etapie planowania nie zgłoszono żadnych obiekcji [...]. Do zakładu trafią odpady z 16 destylarni w Strathspey, w tym ze znanych Glenlivet, Chivas Regal, Macallan i Famous Grouse. Wszystkie znajdują się w pobliżu planowanej spalarni.

Odkryto nowy element mitochondrium, który odgrywa kluczową rolę w ich funkcjonowaniu. Naukowcy wierzą, że dzięki temu lepiej zrozumieją zarówno choroby dziedziczne, jak i związane z wiekiem. Mitochondria nazywa się centrami energetycznymi komórki. Do prawidłowego funkcjonowania potrzebne są im syntetyzowane w rybosomach mitochondrialnych białka. Specjaliści z Karolinska Institutet oraz Instytutu Biologii Starzenia Maxa Plancka odkryli, że białko MTERF4 łączy się z innym białkiem NSUN4, a powstały w ten sposób kompleks kontroluje tworzenie i działanie mitochondrialnych rybosomów. U myszy pozbawionych MTERF4 nie powstawały funkcjonujące mitochondria, co prowadziło do obniżenia ilości wytwarzanej energii. Zredukowana funkcja mitochondriów występuje w wielu chorobach dziedzicznych, w ramach normalnego starzenia oraz w chorobach związanych z wiekiem. Podstawowa wiedza o tym, jak regulowane jest działanie mitochondriów, może zatem mieć olbrzymie znaczenie kliniczne – podkreśla prof. Nils Göran Larsson. Naukowcy odkryli wcześniej w mitochondriach podobne mechanizmy regulacyjne, które okazały się odgrywać pewną rolę w rozwoju cukrzycy.

Przy jednym kłapnięciu paszczą płetwal błękitny (Balaenoptera musculus) połyka porcję kryla, która zapewnia mu do 480 tys. kilokalorii. Zespół Boba Shadwicka z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej wykazał też, że polowanie dostarcza waleniowi 90-krotnie więcej energii od jej ilości, jaka zostaje spalona podczas nurkowania. Płetwale nurkują maksymalnie na kwadrans, chociaż Kanadyjczycy tłumaczą, że w zasadzie mogłyby pozostawać pod wodą dłużej, ponieważ zabierają ze sobą we krwi i mięśniach spory zapas tlenu. Dotąd dywagowano, że nie mogą sobie pozwolić na luksus ponad 15-minutowego nurkowania, gdyż zużywają za dużo energii. Jak się jednak okazało, to nieprawda. Sądzono, że olbrzymie opory, z jakimi ma do czynienia zwierzę podczas polowania oraz przyspieszanie tak olbrzymiego ciała musi odbywać się sporym kosztem - stwierdził Shadwick. Były to jednak spekulacje, gdyż dotychczas nikt nie potrafił przeprowadzić odpowiednich pomiarów. Uczony skontaktował się ze specjalistami, którym udało się przymocować hydrofony, czujniki ciśnienia oraz przyspieszeniomierze do ciała zwierzęcia. Dzięki temu Shadwick dowiedział się, że płetwal potrafi na raz wchłonąć ilość krylu, która zapewnia mu 90-krotnie więcej energii niż zużywa na pojedyncze zanurzenie się. Takie zanurzenie trwa od 3,1 do 15,2 minuty i podczas niego zwierzę jest w stanie pożywiać się sześciokrotnie. Dokonanie obliczeń wymagało od uczonych detektywistycznej pracy. Na podstawie dźwięku wydawanego przez wodę obliczono prędkość walenia pod wodą. Następnie skorzystano z obserwacji, z których wynikało, że otwarta paszcza walenia nadyma się jak spadochron. Poproszono więc eksperta od aerodynamiki spadochronów o pomoc w utworzeniu matematycznego modelu obliczania sił działających na paszczę zwierzęcia. To pozwoliło obliczyć, że pomiędzy jej otwarciami zwierzę zużywa 3226 kilodżuli energii. Następnie uczeni sprawdzili w literaturze fachowej dane na temat morfologii paszczy waleni, dokonali specjalistycznych pomiarów szczęk tych zwierząt przechowywanych w muzeach oraz sprawdzili gęstość występowania krylu. Okazało się, że zwierzę może za jednym zamachem pochłaniać kryl o łącznej wartości energetycznej od 34 776 kJ do nawet 1 912 680 kJ. Biorąc pod uwagę zużycie energii potrzebne na wynurzanie się i zanurzanie obliczono, że pojedyncze zanurzenie zapewnia zwierzęciu 90-krotny zysk energetyczny.

Za pomocą struktury w odwłoku szerszeń wschodni (Vespa orientalis) najpierw wyłapuje promienie słoneczne, a później dzięki specjalnemu barwnikowi pozyskuje ich energię. Wg międzynarodowego zespołu, który pracował pod przewodnictwem dr Mariana Plotkina z Uniwersytetu w Tel Awiwie, opisana umiejętność wyjaśniałaby, czemu owady są bardziej aktywne, gdy dni stają się cieplejsze. Osowate są zazwyczaj najbardziej aktywne o poranku (ich aktywność jest wtedy mniej więcej 2-krotnie większa niż na jakimkolwiek innym etapie dnia), tymczasem szerszenie wschodnie najbardziej uwijają się w okolicach południa. Entomolodzy doszli do takiego wniosku, obserwując kopiące podziemne gniazda robotnice V. orientalis i korelując ich działania z intensywnością słońca. Narodziło się pytanie, czemu owady z Bliskiego Wschodu się tak zachowują? Rozwiązanie zaproponował profesor Jacob S. Ishay, który stwierdził, że być może w ten sposób szerszenie "wyłapują" promieniowanie słoneczne. Zespół Plotkina wykorzystał mikroskop sił atomowych do zbadania budowy oskórka (łac. cuticula), czyli zewnętrznego szkieletu owada. Okazało się, że jego brązowa część wyglądała jak harmonijka z wyżłobieniami i podłużnymi miniwzgórkami o wysokości 160 nanometrów. Budowa żółtej części odwłoka była zupełnie inna. Tutaj oczom akademików ukazały się owalne wyrostki z charakterystycznymi zagłębieniami wielkości główki szpilki. Pojedyncza wypustka miała 50 nanometrów wysokości, a wszystkie się ze sobą zazębiały. Brązowa część ma świetne właściwości antyrefleksyjne. Pomaga w rozdzieleniu padającego promienia na kilka wiązek rozchodzących się w różnych kierunkach. W oskórku znajduje się też druga złożona z płatów struktura. Są one ułożone na sobie, a ich grubość zmniejsza się w miarę przesuwania się w głąb. W każdej warstwie znajdują się pręciki zbudowane z chityny, które tkwią w białkowej macierzy. Opisywany twór pozwala na uwięzienie światła w kutykuli, wymusza też odbijanie się promienia między poszczególnymi warstwami. Większa część ciała szerszenia jest brązowa i ma związek z melaniną. Żółte pasy na głowie i odwłoku to wynik nagromadzenia ksantopteryny. Ksantopteryna działa jak cząsteczka [...], która przekształca światło w energię elektryczną – tłumaczy Plotkin, który przypuszcza, że dzięki aktywności w okolicach południa szerszenie wschodnie zyskują siłę do kopania. Dotąd uważano, że metabolizm owadów zachodzi w ciele tłuszczowym, które spełnia podobne funkcje co ludzka wątroba. Tymczasem główna aktywność metaboliczna u szerszeni wschodnich odbywa się w warstwie żółtego pigmentu.

Ekologiczne dachy, które chłodzą miasta czy zużywają nadmiar dwutlenku węgla, tworzy się, obsadzając je roślinami. Powszechnie uznaje się, że do tego celu najlepiej nadają się różne gatunki rozchodników (Sedum), ponieważ mogą wytrzymać długi czas bez podlewania albo deszczu. Tijana Blanusa z brytyjskiego Królewskiego Towarzystwa Ogrodniczego znalazła jednak lepszych kandydatów do zadań specjalnych tego typu... Po co komu rośliny na dachu, pomijając aspekt estetyczny czy rekreacyjny takiego zabiegu? Powodów można wymienić co najmniej kilka. Po pierwsze, zieleń absorbuje mniej ciepła niż beton, co ma spore znaczenie latem i późną wiosną. Budynek nie nagrzewa się, a jego właściciel oszczędza, nie uruchamiając klimatyzacji. Dodatkowe chłodzenie zapewnia też proces ewapotranspiracji, czyli parowania terenowego – obejmuje on parowanie z gruntu (ewaporację) i transpirację (parowanie zachodzące za pośrednictwem aparatów szparkowych, skórki i przetchlinek roślin). Po drugie, rośliny zmniejszają ryzyko powodzi, zatrzymując deszczówkę. Po trzecie wreszcie, dachowi przedstawiciele flory absorbują CO2, wykorzystując go w ramach fotosyntezy. Blanusa postanowiła porównać różne gatunki rozchodników z czyśćcem wełnistym (Stachys byzantina) i bergenią sercowatą (Bergenia cordifolia). Chciała sprawdzić, jak odmienności w kształcie i budowie liści wpływają na panującą nad nimi temperaturę. Okazało się, że w okresie 2 lat eliptyczne, pokryte gęstymi włoskami (kutnerem) liście czyśćca zawsze były najchłodniejsze, nawet w okresie silnego stresu. Liście innych roślin były o kilka stopni cieplejsze niż wtedy, gdy je podlewano, a liściom S. byzantina [nazywanego po angielsku jagnięcymi uszami] udawało się zachować niższą temperaturę od gatunków pozbawionych włosków. Kiedy Brytyjka umieściła termometr 20 cm nad każdą z roślin, odkryła, że w najgorętsze letnie popołudnia jego wskazania także były najniższe nad czyśćcami. Mark Simmons, ekolog z Uniwersytetu Teksańskiego, prowadził podobne eksperymenty. Naukowiec wybrał 6 zielonych dachów na terenie Austin. Ustalił, że w tamtejszym klimacie – przy częstych powodziach błyskawicznych, po których następują okresy suszy – rozchodniki zdecydowanie się nie sprawdzają. Rośliny zaczynają bowiem gnić. Wszystkie badane przez Amerykanina rośliny chłodziły znajdujące się wokół powietrze, ale trawy, np. kukurydza czy palczatka Gerarda (Andropogon gerardii), najlepiej radziły sobie z okresowym nadmiarem deszczówki.