Бесплатное электричество с неба: можно ли "приручить" молнию и сколько энергии она даст

Только в США ежегодно в землю ударяют около 40 миллионов молний. Портал Treehugger выяснил, можно ли ловить их и использовать для получения электроэнергии.

Молния — это разряд электричества, вызванный дисбалансом между положительными и отрицательными зарядами, которые накапливаются в грозовой туче. Большинство из них вспыхивают между облаками или внутри них, но порой разряды притягиваются к предметам на поверхности Земли.

Одна молния, существующая всего миллисекунду, способна вырабатывать до 10 гигаватт (ГВт) электроэнергии и содержать напряжение до миллиарда вольт. Это в 10 раз больше, чем течет по высоковольтным проводам и составляет шестую часть мощности всех солнечных панелей на крышах домов в США в 2021 году. При этом образуется тепло с температурой выше, чем на Солнце, и мощная звуковая энергия, называемая громом. Однако приручить эту энергию очень сложно.

Можно ли собирать энергию молний?

Молния переносит или производит три формы энергии: электричество, тепло и звук. В последние годы ученые исследовали:

• можно ли хранить эту электроэнергию, чтобы заряжать электромобили?
• можно ли использовать тепло для создания достаточного количества пара, чтобы привести в движение турбину?
• можно ли преобразовать достаточно звука для выработки электроэнергии, необходимой для производства водородного топлива?

Электричество от молний

Чтобы приручить молнии, они пытались использовать высоковольтные коммутационные цепи и магнитные конденсаторы. Несколько патентов, как находящихся на рассмотрении, так и действующих, описывают системы, которые могли бы превращать молнию в послушное электричество, но ни одна из них до сих пор широко не используется.

Авторы одного из исследований отметили, что это не такая уж сложная научная задача, куда проще, чем построить термоядерный реактор или атомную электростанцию. Бенджамин Франклин еще в 1753 году создал громоотвод, притягивающий молнию и направляющий ее в землю. Это только половина дела, самое сложное — захватить и удержать эту энергию.

Земля действует как электрическое заземление, поскольку она достаточно велика, чтобы поглощать неограниченное количество электрического тока с минимальным эффектом. Для приручения молнии нужно снизить энергию, которая она передает, до безопасного уровня.

Электросеть уже работает таким образом: высоковольтные линии электропередачи, идущие от электростанций, передают электроэнергию напряжением 345 000 вольт, но через несколько подстанций напряжение понижается до регионального уровня, а затем до уровня кварталов, пока линии электропередач, ведущие в жилые дома, не будут выдавать всего 120 вольт. В случае с молнией нужно снизить напряжение с миллиарда вольт, и это еще нужно научиться делать.

Сбор тепла молний

По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований, энергия молнии на короткое время нагревает воздух примерно до 27760 градусов Цельсия. Недавние достижения в области улавливания тепла и превращения его в электричество могут предложить способ сбора тепла от молнии.

В то время как магниты (основные для большинства источников электроэнергии) теряют свою магнитную силу при нагревании, недавние исследования показали, что крошечные частицы, называемые парамагнонами, действуют как полупроводники, способные превращать тепло в электричество. Сначала эту технологию могут применить для сбора тепловой энергии от промышленного оборудования или транспортных средств, и лишь затем — применить к молниям.

Превращение грома в электричество

Любой, у кого есть телефон, знает, что электричество можно преобразовать в звуковые волны. Обратное тоже возможно, и по всему миру ведутся эксперименты по сбору звука для получения электричества.

Экстремальный жар, производимый молнией, заставляет воздух вокруг нее взрываться, производя звуковые волны, которые мы называем громом. В пределах нескольких сотен футов от источника гром может производить около 120 децибел. Однако существующие источники звуковой энергии, такие как транспорт и городской шум, слишком надежны, чтобы использовать их в экспериментах по сбору грома.

Перспективы покорения молний

В случае с электричеством предложение всегда должно соответствовать спросу, в противном случае система выходит из строя и происходят отключения электроэнергии. Одной из проблем сбора энергии молний, ​​как и других возобновляемых источников энергии, является ее прерывистость.

Прерывистость молнии гораздо менее предсказуема как по времени, так и по местоположению, чем энергия ветра или солнца. Хранение электроэнергии молнии — самая сложная часть, не только потому, что отрасль хранения энергии все еще находится в зачаточном состоянии, но и потому, что сами устройства хранения должны будут выдерживать мощный единичный разряд электричества, не повреждая устройство.

Политическая воля (и, следовательно, исследовательские доллары) сосредоточены на более устоявшихся технологиях возобновляемой энергии: вода, ветер и солнце. На данный момент сбор молний останется занятием отдельных изобретателей, мечтающих стать следующим Бенджамином Франклином.

Ранее Фокус писал, как ветряные электростанции добывают энергию из воздуха. Средняя мощность ветряной турбины составляет 2-3 МВт, что позволяет ей производить более 6 млн кВт*ч электроэнергии в год.