Takmer dve storočia bola myšlienka, že môžeme vyrábať elektrickú energiu jednoducho využitím prirodzenej rotácie Zeme, lákavá, ale zároveň nedosiahnuteľná.
Myšlienka, že rotácia Zeme môže generovať elektrinu, fascinuje vedcov už takmer 200 rokov a teraz americkí vedci urobili pozoruhodný krok vpred, keď dokázali, že je to možné. Výskumníci z Princetonskej univerzity úspešne vyrobili malý elektrický prúd pomocou rotácie planéty a jej magnetického poľa. Tento experimentálny prelom dáva nový život teórii, ktorá vznikla ešte v 19. storočí, a vrhá svetlo na tajomnú a nevyužitú energiu, ktorá sa nachádza priamo pod našimi nohami.
Ako rotácia Zeme a magnetické pole vytvárajú elektrický prúd
Myšlienka využiť samotnú Zem ako zdroj energie nie je nová. Jeden z priekopníkov elektromagnetizmu, Michael Faraday, prvýkrát preskúmal túto možnosť v roku 1832. Faraday si všimol, že pohyb vodiča v magnetickom poli môže vyvolať elektrický prúd – princíp, ktorý je základom moderných generátorov a dynamo strojov.
Problém však spočíval v jedinečnom magnetickom poli Zeme. Jeho osovo symetrická časť, ktorá sa zväčša zhoduje s osou otáčania planéty, je lokálne pomerne homogénna. To znamená, že keď sa vodič otáča spolu so Zemou, sily pôsobiace naň sa vyrovnávajú a potláčajú akýkoľvek významný tok elektrónov. Skoré experimenty, vrátane tých, ktoré vykonal tím z Princetonu v roku 2016, zdanlivo potvrdili, že tento prístup je slepou uličkou pre praktickú výrobu energie.
Všetko sa zmenilo, keď Christopher Chiba a Kevin P. Hand sa vrátili k základným fyzikálnym princípom tejto myšlienky. Zistili, že predpoklad o úplnej rovnováhe síl platí len vtedy, ak magnetické pole vo vnútri vodiča zostáva nezmenené alebo sleduje jednoduchý vzorec. Po navrhnutí vodiča z magneticky mäkkého materiálu v tvare dutého valca sa im podarilo mierne narušiť magnetické pole. Toto narušenie symetrie zabraňuje kompenzácii a umožňuje prechod malého konštantného prúdu.
Revolučný experiment a problémy s meraním mikrovoltov
Výber správneho materiálu bol kriticky dôležitý. Tím zvolil M100 mangan-zinok (MnZn) ferit, známy svojou schopnosťou efektívne viesť magnetické polia pri zachovaní nízkej elektrická vodivosť. Táto rovnováha zabezpečila nízke magnetické číslo Reynoldsa (približne 0,088) – kľúčový faktor, ktorý umožňuje magnetickému poľu dostatočne rýchlo sa šíriť vnútri materiálu.
Experimentálne zariadenie bolo starostlivo navrhnuté: dutý valec s dĺžkou približne 12 palcov a priemerom menej ako 1 palec bol presne umiestnený tak, aby jeho os bola kolmá na rýchlosť otáčania Zeme (približne 1160 stôp za sekundu na zemepisnej šírke Princetonu) aj na miestne magnetické pole (~0,45 gauss). Elektródy na opačných koncoch valca merali akékoľvek vznikajúce napätie.
Meranie napätia nebolo ľahké – tím očakával elektrický potenciál v rozsahu mikrovoltov, menej ako jedna tisícina napätia malej hodinovej batérie. Museli vylúčiť všetky rušivé zvuky a interferencie pomocou mimoriadne citlivých prístrojov a prísnych kontrolných opatrení.
Výsledok stál za vynaložené úsilie. Zistili konštantné napätie okolo 17 mikrovoltov a prúd okolo 25 nanoampérov. Bolo to málo, ale významné – prvý experimentálny dôkaz, že rotácia Zeme skutočne môže generovať elektrinu.
Praktické využitie energie a spomalenie otáčania Zeme
Napriek tomuto vzrušujúcemu pokroku sú praktické problémy s rozšírením tohto efektu obrovské. Dnešný výstupný prúd je zanedbateľný. Na dodávku energie aj pre malý dom by boli potrebné milióny alebo miliardy takýchto zariadení pracujúcich synchronizovane. Výskumníci skúmajú spôsoby zvýšenia výkonu, testujú rôzne materiály, zmenšujú rozmery zariadení na vytvorenie veľkých polí a dokonca vykonávajú experimenty na obežnej dráhe, kde môže byť rýchlosť otáčania a magnetické polia silnejšie.
Vzniká zaujímavá otázka: odkiaľ sa berie táto elektrická energia? Odpoveď sa skrýva v kinetickej energii otáčania Zeme. Generátor funguje ako malá brzda, ktorá spomaľuje rotáciu planéty a premieňa časť jej energie na elektrinu.
Je dôležité poznamenať, že tím vypočítal vplyv širokého zavedenia tejto technológie: keby sa všetka elektrická energia na svete vyrábala týmto spôsobom, rotácia Zeme by sa spomalila približne o sedem milisekúnd za storočie. Znie to alarmujúco, ale v skutočnosti je to veľmi málo v porovnaní s prirodzenými výkyvmi dĺžky dňa, ktoré sa menia o niekoľko milisekúnd každé desaťročie v dôsledku pohybov vnútri planéty. Známy efekt spomalenia spôsobený prílivom Mesiaca je približne 2,5 milisekundy za storočie, čo znamená, že tento nový efekt je nielen merateľný, ale aj ovládateľný.
Pre mňa osobne je tento objav pripomienkou, že niektoré z najstarších a najznámejších myšlienok vo vede nás stále môžu prekvapiť. Je to ako nájsť tajný kútik vo vlastnej záhrade – pripomienka, že zvedavosť a vytrvalosť často odhaľujú tajomstvá, ktoré máme priamo pred nosom.
Čo si myslíte o využívaní rotácie našej planéty na výrobu čistej energie? Môže sa to stať zdrojom energie budúcnosti, alebo to zostane len vedeckou kuriozitou? Podelte sa o svoje názory v komentároch nižšie a nezabudnite tento článok zdieľať s priateľmi, ktorí radi objavujú nové obzory vedy!
