Безкоштовна електрика з неба: чи можна "приручити" блискавку і скільки енергії вона дасть

Лише у США щороку в землю вдаряють приблизно 40 мільйонів блискавок. Портал Treehugger з'ясував, чи можна ловити їх і використовувати для отримання електроенергії.

Блискавка — це розряд електрики, спричинений дисбалансом між позитивними та негативними зарядами, які накопичуються в грозовій хмарі. Більшість із них спалахують між хмарами або всередині них, але часом розряди притягуються до предметів на поверхні Землі.

Одна блискавка, що існує всього мілісекунду, здатна виробляти до 10 гігават (ГВт) електроенергії та містити напругу до мільярда вольт. Це удесятеро більше, ніж тече високовольтними дротами і становить шосту частину потужності всіх сонячних панелей на дахах будинків у США у 2021 році. Водночас утворюється тепло з температурою, вищою за температуру на Сонці, і потужна звукова енергія, яка називається громом. Однак приручити цю енергію дуже складно.

Чи можна збирати енергію блискавок?

Блискавка переносить або виробляє три форми енергії: електрику, тепло і звук. Останніми роками вчені досліджували:

• чи можна зберігати цю електроенергію, щоб заряджати електромобілі?
• чи можна використовувати тепло для створення достатньої кількості пари, щоб привести в рух турбіну?
• чи можна перетворити достатньо звуку для вироблення електроенергії, необхідної для виробництва водневого палива?

Електрика від блискавок

Щоб приручити блискавки, вони намагалися використовувати високовольтні комутаційні ланцюги і магнітні конденсатори. Кілька патентів, як тих, що перебувають на розгляді, так і тих, що діють, описують системи, які могли б перетворювати блискавку на слухняну електрику, але жодна з них досі широко не використовується.

Автори одного з досліджень зазначили, що це не таке вже й складне наукове завдання, куди простіше, ніж побудувати термоядерний реактор або атомну електростанцію. Бенджамін Франклін ще 1753 року створив громовідвід, що притягує блискавку і спрямовує її в землю. Це тільки половина справи, найскладніше — захопити й утримати цю енергію.

Земля діє як електричне заземлення, оскільки вона досить велика, щоб поглинати необмежену кількість електричного струму з мінімальним ефектом. Для приручення блискавки потрібно знизити енергію, яку вона передає, до безпечного рівня.

Електромережа вже працює так: високовольтні лінії електропередачі, що йдуть від електростанцій, передають електроенергію напругою 345 000 вольт, але через кілька підстанцій напруга знижується до регіонального рівня, а потім до рівня кварталів, аж доки лінії електропередачі, які ведуть до житлових будинків, не видаватимуть лише 120 вольт. У випадку з блискавкою потрібно знизити напругу з мільярда вольт, і це ще потрібно навчитися робити.

Збір тепла блискавок

За даними Національного управління океанічних і атмосферних досліджень, енергія блискавки на короткий час нагріває повітря приблизно до 27 760 градусів Цельсія. Нещодавні досягнення в галузі уловлювання тепла і перетворення його на електрику можуть запропонувати спосіб збору тепла від блискавки.

У той час як магніти (основні для більшості джерел електроенергії) втрачають свою магнітну силу під час нагрівання, нещодавні дослідження показали, що крихітні частинки, які називаються парамагнонами, діють як напівпровідники, здатні перетворювати тепло на електрику. Спочатку цю технологію можуть застосувати для збору теплової енергії від промислового обладнання або транспортних засобів, і лише потім — застосувати до блискавок.

Перетворення грому на електрику

Той, у кого є телефон, знає, що електрику можна перетворити на звукові хвилі. Зворотне теж можливе, і в усьому світі проводять експерименти зі збору звуку для отримання електрики.

Екстремальний жар, вироблений блискавкою, змушує повітря навколо неї вибухати, виробляючи звукові хвилі, які ми називаємо громом. У межах кількох сотень футів від джерела грім може виробляти приблизно 120 децибел. Однак наявні джерела звукової енергії, як-от транспорт і міський шум, занадто надійні, щоб використовувати їх в експериментах зі збору грому.

Перспективи підкорення блискавок

У випадку з електрикою пропозиція завжди має відповідати попиту, інакше система виходить з ладу і відбуваються відключення електроенергії. Однією з проблем збору енергії блискавок, як і інших поновлюваних джерел енергії, є її переривчастість.

Переривчастість блискавки набагато менш передбачувана як за часом, так і за місцем розташування, ніж енергія вітру або сонця. Зберігання електроенергії блискавки — найскладніша частина, не тільки тому, що галузь зберігання енергії все ще перебуває в зародковому стані, а й тому, що самі пристрої зберігання повинні будуть витримувати потужний одиничний розряд електрики, не пошкоджуючи пристрій.

Політична воля (і, отже, дослідницькі долари) зосереджені на більш усталених технологіях відновлюваної енергії: вода, вітер і сонце. Наразі збирання блискавок залишиться заняттям окремих винахідників, які мріють стати наступним Бенджаміном Франкліном.

Раніше Фокус писав, як вітряні електростанції добувають енергію з повітря. Середня потужність вітряної турбіни становить 2–3 МВт, що дає їй змогу виробляти понад 6 млн кВт*год електроенергії на рік.