Thu hoạch sét
Một cơn giông trung bình có thể cung cấp năng lượng cho 200.000 ngôi nhà.
Lần cuối cùng bạn nhìn thấy sét trên bầu trời là khi nào? Phản ứng của bạn thế nào? Bạn nghĩ gì? Bạn đã bao giờ nghĩ đến việc sử dụng lượng năng lượng khổng lồ này chưa? Nếu bạn được bảo rằng bằng cách bắn một tên lửa vào đám mây, bạn có thể điều khiển sét, bạn sẽ nói gì?
Sẽ rất phức tạp. Đó là những gì bạn đang nghĩ, đúng không? Nhưng khi cả hai chúng ta - bạn và tôi ở bên nhau, chúng ta sẽ làm cho nó đơn giản hơn. Tin tôi đi, từ giờ trở đi, bạn sẽ trở thành một thợ săn bão. Bạn sẽ bắt đầu đuổi theo những cơn bão.
Bạn thấy đấy, những đám mây đen đã che phủ bầu trời, ánh sáng từ những ngôi nhà đã được thắp sáng để chống lại bóng tối này, tiếng mưa rơi lộp độp là âm thanh nền chủ đạo và làm ẩm đôi bàn tay khô lạnh của chúng ta. Bạn và tôi đã đóng gói đồ đạc và bắt đầu hành trình, và đang đến muộn cho cuộc hẹn — nơi chúng ta sẽ gặp các nữ thần STRAPE và BRONTE, các nữ thần của sét và sấm. Chúng ta đang bước vào một khu vực có sự hỗn loạn dữ dội nhưng cơ hội vô hạn. Liệu chúng ta có thể khai thác năng lượng của sét không?
Hãy cùng xem….
Sự thật
Trong 5–10 phút đầu tiên của cơn bão giải phóng nhiều năng lượng hơn tất cả các vũ khí hạt nhân trên hành tinh cộng lại.
Người ta tin rằng một cơn giông có năng lượng của một quả bom nguyên tử.
Sét là một hiện tượng thú vị. Người ta ước tính, trên Trái đất, sét xảy ra rất nhiều. Có 44 lần sét xảy ra trên Trái đất mỗi giây. Và khi chúng ta tính toán theo toàn bộ một năm, giá trị sẽ là 1,44 tỷ lần sét mỗi năm.
Một cơn giông trung bình có thể cung cấp năng lượng cho 200.000 ngôi nhà ở Hoa Kỳ.
Sét có thể làm nóng không khí mà nó đi qua lên tới 50.000 độ F (nóng hơn bề mặt mặt trời gấp 5 lần).
Sét thường xảy ra ở vùng nhiệt đới và vùng núi xa xôi.
Sét từ mây xuống đất là loại sét được nghiên cứu nhiều nhất và hiểu rõ nhất.
Sét đánh vào máy bay xảy ra và thường xảy ra trong phạm vi 5.000 feet so với mức đóng băng; nhưng thiệt hại vật lý đối với máy bay hầu như rất hiếm.
Apollo 12 bị sét đánh hai lần trong quá trình bay lên.
Tòa nhà Empire State, ở Thành phố New York, Hoa Kỳ, trung bình bị sét đánh 23 lần mỗi năm. Có lần tòa nhà bị sét đánh tới 8 lần trong khoảng thời gian ngắn 24 phút.
Các yếu tố gây ra sét
Độ cao
Dòng gió
Độ ẩm tương đối
Gần các vùng nước ấm và lạnh
Tại sao lại xảy ra sét?
Sét xảy ra khi không khí ấm và không khí lạnh trộn lẫn với nhau dẫn đến nhiễu loạn khí quyển. Các điện tích trong đám mây được tạo ra do sự bắn phá của các hạt băng hoặc nước. Sét xảy ra do sự tương tác của hai loại điện tích — dương và âm. Trong một đám mây giông, các hạt băng, những hạt tích điện nhẹ sẽ di chuyển lên trên, lên đỉnh đám mây và tạo thành thứ mà chúng ta gọi là các hạt tích điện dương. Mặt khác, các hạt tích điện nặng hơn sẽ rơi xuống dưới cùng của đám mây và trở thành các hạt tích điện âm. Sự tách điện tích này tạo ra một điện trường.
Bên dưới đám mây, một điện tích dương "bóng" được tạo ra trên mặt đất. Khi điện tích tích tụ theo thời gian, một mạch điện sẽ hoàn thành và xảy ra hiện tượng phóng điện giữa đám mây và mặt đất, hoặc giữa đám mây và một đám mây khác. Hiện tượng phóng điện hoặc chớp sáng này chính là thứ mà chúng ta gọi là "tia chớp".
Sét là một hiện tượng phức tạp. Nó liên quan đến việc phóng điện một lượng năng lượng khổng lồ trong một khoảng thời gian ngắn. Và việc kiểm soát một thứ như vậy là một thách thức. Nhưng tâm trí con người đã cố gắng giải quyết thách thức này bằng các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Đã có những trường hợp con người thực sự cố gắng kiểm soát điện hoặc cố gắng tạo ra sét. Chúng ta sẽ thảo luận chi tiết về chúng.
Các phương pháp thu thập năng lượng sét
Các nhà khoa học tin rằng có ba phương pháp có thể kiểm soát được sét — một là phương pháp tự nhiên trong khi hai phương pháp còn lại là phương pháp nhân tạo.
Bắt đầu với phương pháp tự nhiên:
Quá trình này bao gồm việc tách các điện tích dương và âm trong các đám mây, từ đó tạo ra một trường điện. Khi trường điện trở nên mạnh, nó sẽ ion hóa không khí xung quanh tạo ra các ion dương và âm. Các ion dương tạo ra một đường dẫn xuống đất được gọi là bước dẫn.
Bây giờ, khi các ion âm trong bước dẫn tìm thấy các ion dương của một vật thể (ví dụ như chúng ta đã lắp đặt một tòa tháp/cột thu lôi) trên mặt đất, nó sẽ đánh vào vật thể đó. Bây giờ chúng ta đã có một thiết bị để lưu trữ năng lượng của sét, chẳng hạn như một tụ điện, nhưng là một tụ điện được thiết kế đặc biệt.
Các vấn đề khi thu thập năng lượng sét
Khả năng sét đánh vào cùng một nơi nhiều hơn một lần là rất thấp, tức là chúng ta không thể dự đoán được sét.
Không phải mọi khu vực trên thế giới đều nhận được cùng một lượng sét, ví dụ, hiện tượng này chủ yếu được nhìn thấy ở vùng nhiệt đới và các vùng núi xa xôi trên thế giới.
Máy móc điện của chúng ta sẽ phải thay đổi hoàn toàn.
Chúng ta không có pin có thể lưu trữ hàng nghìn ampe
Chỉ cần một cú sét đánh. Pin của chúng tôi được phát triển theo cách sạc chậm. Hãy nghĩ đến cục pin bên trong thiết bị trong tay bạn và nó được sạc ngay khi được gắn vào bộ sạc — đó chính là những gì chúng ta đang nói đến.
Trong tương lai, các vấn đề liên quan đến phương pháp kích hoạt sét tự nhiên, như khả năng dự đoán sét và cường độ của sét có thể được giải quyết bằng phương pháp kích hoạt nhân tạo để thu năng lượng sét. Các phương pháp kích hoạt nhân tạo bao gồm hai cách — Sét kích hoạt bằng tên lửa và Sét kích hoạt bằng tia laser.
Các loại sét kích hoạt nhân tạo
Kích hoạt bằng tên lửa
Kỹ thuật này bao gồm việc phóng một tên lửa được kết nối bằng một sợi dây mỏng (có nối đất hoặc không nối đất) về phía đám mây dông tích điện trên cao. Vì chúng ta biết rằng điện đi theo đường dễ nhất, nên nó sẽ chạy dọc theo sợi dây và cuối cùng chạm đất hoặc thiết bị lưu trữ của chúng ta.
Vấn đề với phương pháp này, trên thực tế, là số lượng tên lửa có sẵn trong một cơn giông bão bị giới hạn ở mức từ 5 đến 10. Ngoài ra, tên lửa phải được phóng chính xác, với thời điểm hoàn hảo so với sự gia tăng của trường điện trong đám mây.
Kích hoạt bằng tia laser
Đây là phương pháp tốt nhất cho đến nay. Tia sét kích hoạt bằng tia laser liên quan đến tia laser công suất cao hoạt động ở tần số cần thiết. Đổi lại, tia laser sẽ cung cấp đủ năng lượng để các khí trong khí quyển phân tách thành các ion tương ứng. Đây được gọi là plasma. Trên Trái đất, các kênh plasma là hiện tượng thường xuyên xảy ra giữa các cơn giông sét.
Nói một cách đơn giản, tia sét kích hoạt bằng tia laser liên quan đến việc dẫn hướng các tia sét bằng cách sử dụng tia laser.
Các phương án thay thế cho tia sét cường độ thấp
Siêu sét
Trong trường hợp chúng ta cảm thấy năng lượng từ một tia sét thông thường là không đủ thì chúng ta có một loại sét khác — Siêu sét. Siêu sét mạnh hơn 1000 lần so với tia sét thông thường.
Siêu sét nổi tiếng vào năm 1977 khi chúng được báo cáo lần đầu tiên. Chúng được phát hiện một cách tình cờ, khi các nhà khoa học đang theo dõi các quan sát được thực hiện bởi chòm sao vệ tinh của Dự án Vela — một chương trình của Hoa Kỳ được triển khai để theo dõi toàn cầu về các vụ nổ hạt nhân — để giám sát việc tuân thủ Hiệp ước Cấm thử hạt nhân một phần năm 1963.
Một số cảm biến quang học trên Phát hiện nhanh trên quỹ đạo các sự kiện thoáng qua (FORTE) và Vệ tinh môi trường hoạt động địa tĩnh (GOES) đã được lắp đặt để nghiên cứu độ sáng của các sự kiện siêu sét.
GOES đã ghi lại 2.021.553 sự kiện siêu sét với cường độ gấp 100 lần cường độ trung bình của các sự kiện sét thông thường; mặt khác, FORTE đã phát hiện thành công 20.284 sự kiện siêu sét.
Siêu sét
Một tia sét liên tục với chiều dài đường đi theo chiều ngang là 100 km hoặc lớn hơn 100 km. Khoảng cách xa mà các tia sét lớn bao phủ trùng khớp với thời lượng chớp dài của chúng, thường là 5 giây hoặc lâu hơn nhiều. Ví dụ — khoảng cách ngang dài nhất mà một tia sét lớn bao phủ là khoảng 710 km ở Nam Brazil vào năm 2018.
Trong trường hợp chúng ta có thể thu thập được sét, chúng ta sẽ không phải lo lắng về cường độ hoặc khả năng công suất của các tia sét nhỏ. Chúng ta sẽ có thể khai thác năng lượng của các siêu sét và tia sét lớn. Trên thực tế, các siêu sét phổ biến hơn và được phát hiện trên toàn cầu. Trong khi chúng thường xuyên xuất hiện ở Bắc Thái Bình Dương tại các khu vực có hoạt động đối lưu mạnh và giông bão.
Các khu vực có tỷ lệ sét đánh cao nhất
Kifuka là một ngôi làng rất nhỏ ở vùng núi phía đông Cộng hòa Dân chủ Congo. Khu vực này được biết là nhận được 158 tia sét trên một kilômét vuông mỗi năm.
Hồ Maracaibo ở Venezuela có nhiều tia sét mỗi phút và nơi này đã được ghi nhận là nơi có số lượng tia sét trên một kilômét vuông cao nhất thế giới.
Indonesia, Columbia và Malaysia là những quốc gia có tỷ lệ sét đánh cao nhất trên toàn thế giới.
Chapada do Corisco (“Flash Lightning Flatlands”) ở Brazil có tỷ lệ sét đánh cao thứ ba trên thế giới, đặc biệt là ở thành phố Teresina.
“Lightning Alley” ở Hoa Kỳ là một khu vực trải dài từ Tampa đến Orlando. Khu vực này được biết đến là nơi có mật độ sét đánh cao quanh năm.
Những người và công ty đã cố gắng thu thập sét
Những nỗ lực lưu trữ sét bắt đầu từ những năm 1980. Người ta ước tính rằng chỉ cần một tia sét cũng đủ mạnh để cung cấp đủ năng lượng để thắp sáng một gia đình trong khoảng thời gian 30 ngày.
Đã có những người cũng như công ty đầu tư vào dự án tương lai này. Bao gồm:
Steve LeRoy
Việc thu thập sét bắt đầu với một người đàn ông tên là Steve LeRoy, người này được cho là đã cung cấp năng lượng cho một bóng đèn 60 watt trong khoảng thời gian 20 phút hoàn chỉnh với sự trợ giúp của tia sét nhân tạo của mình.
Alternate Energy Holdings
Công ty đã mua thiết kế từ Steve và cố gắng tạo ra sét trong các trang trại sét của mình ở Houston — vì sét là một hiện tượng phổ biến
Sa mạc New Mexico
Một nhóm các nhà khoa học người Pháp đã thử nghiệm bằng cách cố gắng kiểm soát sét bằng tia laser của họ. Họ đã cố gắng kích thích hoạt động điện và thu hút tia sét bằng sự trợ giúp của tia laser ở Sa mạc New Mexico. Vì khu vực này nổi tiếng với tần suất sét cao. Trên thực tế, khi họ bắt đầu bắn tia laser, họ đã quan sát thấy sự gia tăng hoạt động điện bên trong các đám mây. Nhưng, đối với những gì họ đang làm, tất cả những điều này đã không xảy ra — không có dấu hiệu nào của sét.
Thành công trong phòng thí nghiệm
Các nhà khoa học đã thử kiểm soát sét bằng tia laser trong phòng thí nghiệm và đã thành công. Ở đó, họ nhận thấy khi điện tích được bắn ra giữa hai điện cực đặt cách nhau vài cm. Điện tích nhảy từ điện cực này sang tia laser trước khi chạm vào điện cực khác. Điều này chứng minh rằng tia laser có thể dẫn hướng quỹ đạo của điện tích. Điều này xảy ra vì tia laser ion hóa không khí và điện tích di chuyển
Dự án Teramobile
Đây là một dự án được khởi xướng bởi sự hợp tác của cả hai tổ chức nghiên cứu của Pháp và Đức, tức là CNRS (Pháp) và DFG (Đức). Dự án đã thành công trong việc kích hoạt hoạt động điện trong các đám mây giông bằng cách sử dụng tia laser cực ngắn.
Ryan Davis
Ryan Davis là cựu lính thủy đánh bộ và đã nghiên cứu các kiểu thời tiết khác nhau. Davis tin rằng năng lượng của sét có thể giải quyết các vấn đề thiếu hụt năng lượng toàn cầu của chúng ta. Ông nói rằng một tia sét trung bình có thể cung cấp điện cho 56 ngôi nhà trong cả một ngày. Hãy tưởng tượng điều gì sẽ xảy ra khi chúng ta có thể khai thác sức mạnh của một cơn giông với nhiều tia sét. Ông nói thêm rằng sét sẽ cung cấp năng lượng cho nhà cửa và phương tiện của chúng ta trong tương lai.
Cụm từ "Sét không bao giờ đánh hai lần" sẽ không còn được sử dụng nữa nếu chúng ta có thể dẫn sét theo ý muốn.
Các lực lượng của thiên nhiên chịu trách nhiệm cho sự tiến hóa của chúng ta. Trong số tất cả những phát minh khiến con người kinh ngạc, thu thập sét có lẽ là phát minh vĩ đại nhất…
