Koncept bi mogao održivo ispuniti potrebe ljudske resurse 'pune Zemlje'

The Choice Is Ours (2016) (Lipanj 2019).

Anonim

Novi koncept predlaže pružanje hrane, energije i vodnih resursa za rastuće stanovništvo svijeta kombiniranjem sustava koji istovremeno koriste različite dijelove spektra sunčeve svjetlosti za proizvodnju usjeva, generiranje električne energije, prikupljanje topline i pročišćavanje vode.

Očekuje se kako će svjetsko ljudsko stanovništvo rasti od 7 milijardi do više od 10 milijardi u iduće dvije do tri generacije, što dovodi do scenarija "punog Zemlje".

"Ovo povećanje broja stanovnika, zajedno s porastom dohotka po stanovniku i povezanim promjenama u navikama potrošnje, stavit će bez presedana stres na hranu, energiju i vodne resurse", rekao je Rakesh Agrawal, Sveučilište Purdue Winthrop E. Stone ugledni profesor na Fakultetu kemijskog inženjerstva, "Veliki izazov pred nama je održivo ispunjavanje potreba pune Zemlje koristeći manje resurse, a Sunce je ključni izvor energije za postizanje tog cilja".

Vode tim istraživača koji predlažu sustav koji će koristiti cijeli solarni spektar kako bi se povećala proizvodnja resursa s određenog područja zemljišta. Koncept je opisan u radu koji se pojavljuje u petak (9. lipnja) u časopisu Scientific Reports. Rad je napisao bivši diplomski student Purdue Emre Gençer; postdoktorski suradnici Caleb Miskin i M. Ryyan Khan; diplomirani student Xingshu Sun; Peter Bermel, pomoćnik profesora elektrotehnike i računalstva; Muhammad Ashraful Alam, Purdueov Jai N. Gupta, profesor elektrotehnike i računarstva; i Agrawal.

Koncept radi odvajanjem i sakupljanjem tri specifična segmenta solarnog spektra koji su najprikladniji za olakšavanje proizvodnje hrane, energije i čiste vode. U sadašnjim praksama, velik dio ovog spektra se gubi jer se sva sunčeva svjetlost pada na određeno mjesto koristi isključivo za jednu svrhu, kao što je poljoprivreda, proizvodnja energije ili pročišćavanje vode. Novi pristup bi umjesto toga koristio istu zemlju za sve tri svrhe istovremeno putem inovativnih tehnologija koje razdvajaju spektar u tri segmenta i učinkovito sakupljaju sunčevu svjetlost.

Tipična fotonaponska ploča, kada se instalira na poljoprivredno zemljište, baca sjenu i dramatično smanjuje rast biljaka i prinos usjeva iz zasjenjenog područja. Predložene fotonaponske projekte prenose fotone odgovorne za rast biljaka, a odražavaju preostale fotone u solarnom spektru na posebno projektirane solarne ćelije za generiranje električne energije i prikupljanje topline za oporavak energije i pročišćavanje vode.

"Prednost našeg predloženog rješenja je jasna", rekao je Agrawal. "S trostrukim razdvajanjem, cijeli se spektar razborito koristi za proizvodnju hrane, energije i vodnih resursa".

Dijeljenje solarnog spektra kako bi se povećala proizvodnja električne energije i oporavak topline dobro je poznat, koautor Alam je rekao.

"Međutim, njezina izvedivost u kontekstu hrane, energije i vodnih resursa na istoj zemlji nikad nije bila prijavljena", kazao je. "Ovdje ne samo da razmotrimo ovu mogućnost i razvijamo sustave za postizanje tog cilja, već i kroz modeliranje pokazuju ogroman neistraženi potencijal takvog sustava prema ispunjavanju potreba hrane, energije i vode za punu Zemlju".

Predloženi sustav mogao bi stvoriti solarne, samodostatne zajednice - veliki korak ka spremnosti na punoj Zemlji, kazao je Bermel.

"Osim toga, primjena ovog pristupa kroz poljoprivredna zemljišta mogla bi dodatno opskrbiti električnu mrežu, kao i pitke vode za druga područja u potrebi, čime bi se poboljšala globalna otpornost", kazao je.

Voda iz izvora kao što su podzemne bušotine, oceani, rijeke, jezera, ribnjaci i otjecanje polja ući će u jedinice za pročišćavanje vode koje pokreću toplina i električna energija proizvedena od sunčeve svjetlosti. Pročišćena voda će se tada koristiti za navodnjavanje ili urbane potrebe. Bilo koja sol ili voda bogata onečišćenjem koja napušta jedinice za pročišćavanje vode šalju se za daljnju obradu, recikliranje ili odlaganje.

"Glavna značajka je sposobnost proizvodnje hrane, energije i vodnih resursa na lokalnoj razini, a da ne utječu na poljoprivrednu proizvodnju, koja će biti sve važnija, jer će očekivani rast stanovništva zahtijevati povećanu predanost zemljišnih resursa poljoprivredi", rekao je Agrawal. "Istodobno, lokalna proizvodnja električne energije omogućit će korištenje mikroorganizama u selima i pružiti novu paradigmu za proizvodnju i distribuciju električne energije. Očekuje se da će lokalna proizvodnja električne energije i čiste vode smanjiti gubitke prijenosa na daljinu bilo koji mrežni sustav napajanja. "

menu
menu