Безкоштовна електрика з небес: чи реально «підкорити» блискавку і яку кількість енергії вона може надати?

Одна блискавка виробляє електрики в 10 разів більше, ніж тече високовольтними дротами, хоча існує лише частку секунди. Вона також створює багато тепла і звуку, які теж можна перетворити.

Щороку в Сполучених Штатах відбувається близько 40 мільйонів ударів блискавок. Видання Treehugger досліджує можливість їхнього захоплення та перетворення на електричну енергію.

Блискавка являє собою електричний розряд, що виникає внаслідок нерівноваги між позитивними і негативними зарядами, які накопичуються в грозових хмарах. Найчастіше такі розряди спостерігаються між різними хмарами або всередині них, проте іноді вони можуть бути спрямовані до об'єктів на Землі.

Одна блискавка, що триває всього лише мілісекунду, може генерувати до 10 гігават (ГВт) електричної енергії і досягати напруги в один мільярд вольт. Це вдесятеро перевищує обсяги енергії, які протікають через високовольтні лінії, і становить приблизно шосту частину загальної потужності всіх сонячних панелей на дахах американських будинків у 2021 році. При цьому виникає тепло з температурами, які перевищують температуру на поверхні Сонця, а також сильний звуковий ефект, відомий як грім. Проте використовувати цю енергію виявляється надзвичайно важко.

Блискавка генерує або трансформує три різновиди енергії: електричну, теплову та звукову. Упродовж останніх років науковці проводять дослідження на цю тему:

Для того щоб приручити блискавки, дослідники намагалися впровадити високовольтні комутаційні схеми та магнітні конденсатори. Існує кілька патентів, які зараз розглядаються, а також уже діючі, що описують технології, здатні перетворювати блискавичну енергію на контрольовану електрику. Проте жодна з цих систем поки що не знайшла широкого застосування.

Дослідники одного з проектів підкреслили, що це завдання не є надто складним у науковому плані, значно простіше, ніж конструювання термоядерного реактора чи атомної електростанції. Ще в 1753 році Бенджамін Франклін винайшов громовідвід, здатний притягувати блискавку та безпечно відводити її в землю. Але це лише половина успіху; найскладнішим аспектом залишається захоплення та збереження цієї енергії.

Земля виступає в ролі електричного заземлення, адже її розміри дозволяють їй поглинати величезні обсяги електричного струму без значних наслідків. Щоб контролювати блискавку, необхідно зменшити енергію, яку вона переносить, до безпечного рівня.

Електропостачальна мережа функціонує наступним чином: високовольтні лінії електропередачі, що виходять з електростанцій, передають електричну енергію з напругою 345 000 вольт. Проте, після проходження декількох підстанцій, напруга поступово знижується до регіональних значень, а згодом — до рівня окремих кварталів, поки лінії, що ведуть до житлових будинків, не досягнуть лише 120 вольт. Щодо блискавки, то в цьому випадку необхідно знизити напругу з мільярда вольт, що є завданням, яке ще потребує вдосконалення навичок та технологій.

Згідно з інформацією, наданою Національним управлінням океанічних і атмосферних досліджень, енергія, що виділяється під час блискавки, здатна на короткий час підвищувати температуру повітря до приблизно 27 760 градусів Цельсія. Останні інновації в технологіях збору тепла та його конвертації в електричну енергію можуть відкрити нові можливості для використання тепла, яке виникає під час грози.

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.

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.

Екстремальна температура, що виникає внаслідок блискавки, викликає вибух повітря навколо, створюючи звукові хвилі, які ми ідентифікуємо як грім. На відстані декількох сотень футів від джерела, рівень гучності грому може досягати приблизно 120 децибел. Проте існуючі джерела звукових коливань, такі як транспортний рух та міський шум, є занадто стабільними, щоб їх можна було ефективно використовувати в експериментах зі збору грому.

У сфері електропостачання важливо, щоб пропозиція відповідала попиту; в іншому випадку система може зазнати збоїв, що призводить до відключень електроенергії. Однією з труднощів, пов'язаних із збором енергії блискавок, як і з іншими поновлюваними джерелами, є їх непостійність.

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 повідомляв про те, як вітрові електростанції здобувають енергію з атмосфери. Зазвичай потужність однієї вітряної турбіни коливається в межах 2-3 МВт, що дозволяє їй генерувати понад 6 мільйонів кВт*год електрики щорічно.