perspective energetice globale-florian petrescu color

7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color

1/80

-USA 2011-


2/80

2

Scientific reviewer:

Dr. Veturia CHIROIUHonorific member ofTechnical Sciences Academy of Romania(ASTR)PhD supervisor in Mechanical Engineering

CopyrightTitle: Perspective energetice globale

Authors: Florian Ion PETRESCU, RellyVictoria Petrescu

2011, Florian Ion [email protected]

ALL RIGHTS RESERVED. This book contains

material protected under International and FederalCopyright Laws and Treaties. Any unauthorizedreprint or use of this material is prohibited. No partof this book may be reproduced or transmitted inany form or by any means, electronic ormechanical, including photocopying, recording, orby any information storage and retrieval systemwithout express written permission from the author

/ publisher.


3/80

3

WELCOME

Energia regenerabil este energia careprovine din resursele naturale cum ar fi luminasoarelui, vntul, ploaia, mareele, i cldurageotermal, toate acestea fiind regenerateautomat (pe cale natural).

n 2008, circa 19% din consumul totalde energie al planetei a provenit din energiileregenerabile, grosul de 13% fiind obinut dinbiomasa tradiional, care a fost utilizat nprincipal pentru nclzire, iar 3.2% a provenitdin hidroelectricitate.

Restul de 2,7% a fost obinut prin

metode moderne ca (micro hidrocentrale,biomas modern, vnt, soare, geotermal,biocombustibili, etc), dar toate aceste energiiregenerabile moderne sunt ntr-o permanenti rapid cretere.

n cadrul energiei globale, cea electric

reprezint circa 18%, fiind obinut n principalprin hidrocentrale (15%), iar restul de 3% prinnoile energii regenerabile. Aceast cartedorete s propun noi metode de obinere aenergiilor regenerabile.

Dup 1950 au nceput s apar uzine

nucleare pe fisiune. Energia de fisiunenuclear a reprezentat un ru necesar. Ea areuit s lungeasc viaa petrolului i s


4/80

4

previn o criz energetic global foartegrav.

Chiar i aa, energia obinut dinhidrocarburi (petrol, crbune, gaze, biomas)reprezint aproximativ 66% din totalul deenergie produs i utilizat astzi la nivelmondial.

Dac meninem acest nivel de

producie i consum petrolul se va epuiza ncirca 40 ani.

Pe de alt parte, astzi, producia deenergie nuclear (superioar), bazat pefuziune nuclear, nu este nc perfectpus lapunct (dei studiile se afl ntr-un stadiu foarte

avansat).ns timpul trece repede. Trebuie s ne

grbim s implementm i s dezvoltm noileenergii regenerabile deja cunoscute, dar i noiposibile energii regenerabile. n acestecondiii, prezenta lucrare vine s propun noiposibile surse de energii regenerabile.

PARTEA I


5/80

5

1. INTRODUCERE

Dezvoltarea energiei reprezint efortul de afurniza suficiente surse de energie primar isecundar, forme energetice necesare pentruaprovizionare, stabilirea costurilor, impactuluiasupra polurii atmosferice i a apei, ct ieforturile de atenuare a schimbrilor climatice cu

ajutorul surselor de energie obinute din surseregenerabile.

Societile avansate tehnologic au devenitdin ce n ce mai dependente de sursele externe deenergie pentru transport, producia de bunuri

fabricate i furnizarea de servicii energetice.Aceast energie permite persoanelor care i pot

permite costul de a tri n condiii climatericenefavorabile prin utilizarea de nclzire, rcire,ventilaie, i / sau aer condiionat.

Toate sursele de energie terestr, cuexcepia celor nucleare, geotermale i a mareelor,sunt direct sau indirect, de provenien solar.

Energia plantelor este tot de provenien

solar.Vntul i curenii marini sunt strns legate

de energia solar.

Chiar i energia solar, provine ea nsidin energie de fuziune produs n soare.

Energia geotermal i are originea dinapele termale, care la rndul lor i extrag cldura

din magma vulcanic, din strfundurile scoareiterestre. Se presupune ci magma este produs(nclzit practic) tot din reacii nucleare de fisiunespontan a unor elemente din interiorul planetei.


6/80

6

Aceste elemente s-au produs n mare parte chiardin perioada formrii sistemului nostru solar.

Energia obinut din centrale eoliene (devnt) a cptat acum o rat de creteresemnificativ de 30% anual, avnd deja n anul2009 o putere global instalat de 158 gigawat,

fiind utilizat cu precdere n Europa, Asia, iStatele Unite ale Americii.

La sfritul lui 2009 puterea fotovoltaicglobal obinut a depit uor 21 GW fiind maiconcentrat n Germania, Spania i USA.

Cea mai mare central energeticgeotermal a lumii este Geysers din California,cu o putere instalat de 750 MW.

Brazilia are unul dintre cele mai mariprograme de utilizare a energiilor regenerabile dinlume, constnd n producerea de combustibili detip etanol extras din zahr, reprezentnd circa 18%din combustibilii auto mondiali.

Etanolul la automobile se folosete dealtfeln mod curent n cantitate mare n toat America,inclusiv n USA unde e utilizat sub form decomponent procentual al unor amestecuri decombustibili bine preparate i dozate.

n timp ce multe proiecte de energieregenerabil sunt utilizate la scar larg, uneletehnologii regenerabile sunt de asemenea (mai)potrivite pentru zonele rurale i cele ndeprtate, ncazul n care energia este adesea crucial ndezvoltarea uman.

La nivel global, se estimeaz c circa 3

milioane de gospodrii primesc energie astzi de lamici sisteme solare (PV).

Micro-hidro sistemele configurate pentrulocalitile mici de provincie deservesc deja foarte


7/80

7

multe arii din toat lumea, i se extind n continuare(doar c acest potenial energetic este limitat).

Peste 30 milioane de locuine ruraleprimesc deja energie (lumin, ap caldi cldurpentru gtit) de la sistemul cu biogaz.

Sistemele cu biomas sunti mai extinse pentreaga suprafa a planetei, deservind astzicirca 160 milioane gospodrii.

2. TIPURILE PRINCIPALE DE ENERGIIREGENERABILE CUNOSCUTE

o 2.1. Energia eolian

o 2.2. Hidroenergia

o 2.3. Energia solar

o 2.4. Biomasa

o 2.5. Biocombustibilii

o 2.6. Energia geotermal

o 2.7. Energia mareeloro 2.8. Hidrogen obinut prin

fotosintez artificial

o 2.9. Energia de tip Lumin neagr

2.1. Energia eolian (a vnturilor)

Curenii de aer pot fi utilizai pentru aantrena turbine eoliene.


8/80

8


9/80

9

Turbinele de vnt moderne produc o putere

situat ntre 600 kW i 5 MW, cele mai utilizatedevenind cele de 1.53 MW putere la ieire, fiindmai simple constructiv i mai potrivite pentru uzulcomercial.

Puterea la ieire a unei turbine eolieneobinuite este o funcie de viteza vntului laputerea a treia, astfel nct la creterea vitezeivntului puterea generat de turbin crete cu

cubul vitezei eoliene, creterea fiind spectaculoas[1].

Se crede c potenialul tehnic mondial alenergiei eoliene poate s asigure de cinci ori mai


10/80

10

mult energie dect este consumat acum. Acestnivel de exploatare ar necesita ca 12,7% dinsuprafaa Pmntului (excluznd oceanele) s fieacoperit de parcuri de turbine, presupunnd cterenul ar fi acoperit cu 6 turbine mari de vnt pekilometru ptrat. Aceste cifre nu iau n considerare

mbuntirea randamentului turbinelor i asoluiilor tehnice utilizate.

2.2. Hidro energia (energia apei)

Printre sursele de energie regenerabil,centralele hidroelectrice au avantajul de a fi niteuzine fiabile care pot funciona pe perioade lungide peste 100 ani cu costuri de ntreinere foarte

mici.

Deasemenea, hidrocentralele sunt curate iau puine emisii poluante. Problema lor este c au ocapacitate limitat (puterea hidroelectric maxim


11/80

11

dat de o ap curgtoare este limitat la o valoarecare odat atins nu mai poate fi depit).

2.3. Energia solar

Panourile solare fotovoltaice genereazelectricitate prin captarea energiei fotonilor venii

de la soare i nmagazinarea ei n electroni liberi,producndu-se astfel un curent electric.

Randamentul conversiei energiei fotonilorn electroni activi, a nceput cu 4% i a progresatistagnat muli ani la nivelul de 14-20%.

De civa ani s-a atins circa 43%(deocamdat numai la nivel de cercetaretiinific).

Echipa lui Strano a reuit un miraculos 87%,i lucreaz acum pentru obinerea unui randament

al conversiei de 99%.Antena nanotub a echipei lui Strano

mrete numrul de fotoni, care pot fi capturai i


12/80

12

transform lumina n energie ce poate fi canalizatapoi ntr-o celul solar.

Antena const dintr-o frnghie fitil formatdin mai multe fire (fibre) de aproximativ 10 microni(10 milionimi de metru) lungime i patru micrometrigrosime, care conine aproximativ 30 milioane denanotuburi de carbon.

Echipa Strano a construit pentru primadat, o fibr format din dou straturi denanotuburi cu proprieti electrice diferite.

n orice material, electronii pot exista laniveluri diferite de energie. Cnd un foton lovetesuprafaa antenei, el excit un electron ducndu-lla un nivel energetic mai ridicat (specificmaterialului utilizat). Interaciunea dintreelectronul excitat i golul lsat n urma lui, senumete un exciton, iar diferena energetic

dintre nivelul energetic actual al electronuluiexcitat i nivelul lui energetic anterior estecunoscutca decalajul de band.

Stratul interior al antenei coninenanotuburi cu un mic decalaj de band, iar stratulexterior al ei are nanotuburi cu un decalaj de bandmai mare. Acest lucru este important, deoareceexcitonii pot curge doar de la o energie mai marectre una mai mic. n acest caz, excitonii curgdinspre stratul exterior ctre cel interior, unde eipot rmne (exista) ntr-o stare energetic de nivelenergetic mai sczut (dar nc excitat).

Prin urmare, atunci cnd energia luminiilovete materialul, toi excitonii curg ctre centrul

fibrei, unde sunt concentai.Strano i echipa sa nc nu au construit un

dispozitiv fotovoltaic la care s utilizeze antena,dar intenioneaz s o fac. ntr-un astfel de


13/80

13

dispozitiv, antena ar concentra fotonii nainte cacelula fotovoltaic s-i converteasc ntr-un curentelectric. Acest lucru ar putea fi realizat princonstruirea antenei n jurul unui nucleu demateriale semiconductoare.

Interfaa dintre semiconductor inanotuburi ar trebui s separe electronul de golulsu, cu electronii colectai la un electrod atingndsemiconductorul interior, iar golurile colectate laun electrod ce atinge nanotuburile. Acest sistem ar

trebui apoi s genereze curent electric.Randamentul unei astfel de celule solare ar

trebui s depind de materialele utilizate pentruelectrozi, potrivit cercettorilor tiinifici.

Costul altdat foarte mare al nanotuburilorde carbon a putut fi redus extrem de mult n ultimiiani de ctre companiile chimice din dorina

consolidrii capacitii lor productive.n viitor se va ajunge chiar ca nanotuburile

carbonice s se vnd cu un ban jumtatea de kg,aa cum s-a ntmplat cu polimerii.

La un asemenea cost adugarea la o celulfotovoltaic va deveni neglijabil din punct devedere a costului de fabricie suplimentar.

n afar de problema actual a costului,echipa lui Strano lucreaz acum la minimizareapierderilor de energie atunci cnd fluxul excitonilorcurge prin fibri la generarea de excitaii multiplepe foton [2].

n afar de panourile solare fotovoltaice, semai folosesc i panouri cu evi prin care circul apcare se nclzete de la soare.


14/80

14

Plecnd de la acest principiu s-au construitfermele solare cu turn, care n principiu au un turnnconjurat de multe oglinzi parabolice.

Oglinzile reflect energia luminoasconcentrat primit de la soare focaliznd-o toatepe o zon a turnului unde se afl un cazan cu apsau alt lichid (agent) care este supranclziti careva aciona o turbin cu aburi care va mica un

generator electric (sau un grup stirling-generatorelectric).

2.4. Biomasa

Biomasa este o energieregenerabil deoarece energia coninut de eaprovine practic de la soare. n cadrul procesului de

fotosintez, plantele capteaz energia soarelui pecare o convertesc i o stocheaz. Cnd plantelesunt arse, ele elibereaz energia captat de lasoare.

Biomasa este un fel de baterie de energieconstruit din plante. Plantele stocheaz energienatural pentru o vreme, elibernd-o apoi laarderea lor.


15/80

15

2.5. Biocombustibilii

Biocombustibilul lichid este de obicei fie unbioalcool (cum ar fi bioetanolul, sau biometanolul)

fie un ulei (cum ar fi biodieselul).

Bioetanolul este un alcool fabricat prin

fermentarea zahrului.Cu ajutorul tehnologiilor actuale biomasa

celulozic (cum ar fi copacii, iarba, trestia, papura,algele marine) poate fi folosit pentru producia deetanol (sau ulei vegetal) [3].

2.6. Energia geotermic

Energia geotermal este mai aproape desuprafa n unele zone dect n altele.

Apa fierbinte sau aburul care nesc dinpmnt n unele locuri, pot fi utilizate pentruobinerea de cldur sau energie electric.


16/80

16

Astfel de surse energetice exist doar nanumite pri ale planetei, cum ar fi Chile, Islanda,Noua Zeeland, USA, Filipine, Italia, Romania, etc.

Energia geotermal deci este energiaobinut prin utilizarea surselor de cldur ieitedin pmnt, ele putnd fi scoase prin foraje laadncime medie sau foarte mare n scoaraPmntului, sau n unele locuri de pe glob de lanumai civa metri adncime.

Uneori ns aceast energie netesingur din scoara terestr nemaifiind nevoie de

forare.

Pentru a construi o staie de puterecosturile sunt destul de ridicate, dar costurile de

ntreinere i exploatare sunt reduse compensndapoi cheltuielile iniiale.

Trei tipuri de centrale (uzine) electrice suntfolosite pentru a genera energie de la energiageotermal: cu abur uscat, rapidi binar.

Metoda aburului uscat, este o uzin carefolosete direct numai aburul ieit din pmntpentru acionarea unor turbine care rotescgeneratoare electrice.

Uzina de tip rapid (bli) ia cu tot apa caldcare iese din pmnt, de obicei la temperaturi depeste 200 C, i i permite s fiarb imediat ce seridic la suprafa pentru a o separa n abur i ap

fierbinte n separatoare, rulnd apoi numai aburulprintr-o turbin cu abur, ce acioneaz generatorulelectric.

n instalaiile binare, apa cald curge prin

schimbtoare de cldur, cednd energia termicunor fluide organice care vor aciona apoi turbina.

Se mai obijnuiete uneori (la toate cele treitipuri de uzine) s se reinjecteze n sol (napoi n


17/80

17

roca fierbinte) apa cald rezidual (scurs n urmaproceselor obinute) pentru a menine i chiarridica i mai mult temperatura zonei i implicit aapei i aburilor care ies din sol.

Islanda a produs n anul 2000 spre exempluo putere geotermal de 170 MW, cu care a reuits-i nclzeasc 86% din totalul su de locuine.

Exist, de asemenea, potenialul de agenera energia geotermal din roci fierbini iuscate.

Guri de cel puin 3 km adncime suntforate n pmnt.

Prin unele dintre aceste orificii sepompeaz ap n pmnt, iar prin altele neteapa nclzit.

Mai multe companii din Australia utilizeaz

acest mod de extragere de energie din rocile caldeuscate.

O idee ar fi s se construiasc (s seintroduc) n zonele cu roci fierbini i uscate directconducte rezistente prin aceste roci, prin care s

fie apoi pompat ap, care va intra rece i va ieicald. Apa cald va fi utilizat n schimbtoare decldur, dup care va fi din nou recirculat.

Un procedeu similar ar putea fi ncercat in zonele deertice, ziua, cnd cldura nisipuluincins de soare este foarte mare, conductele cuap fiind introduse prin nisipul fierbinte de lasuprafaa pmntului pe zone ct mai ntinse.

evile prin care circul ap fierbinte pot fitrecute n anumite puncte prin schimbtoare decldur. Cldura preluat poate fi utilizat pentruobinerea de energie electric pe cale chimic, sauutiliznd motoare termice cu ardere extern, cuaburi ori de tip stirling, care vor aciona apoi nite


18/80

18

generatoare electrice de curent alternativpolifazat.

2.7. Energia mareelor

Energia mareelor poate fi extras dinmareele provocate de gravitaia lunii n anumite

locuri i momente, introducnd o turbin de apntr-un curent format de maree, sau princonstruirea de baraje care admit sau elibereazap printr-o turbin.


19/80

19

Turbina antreneaz un generator electric,sau un compresor de gaz, care poate stoca apoienergia att ct e necesar.

Mareele de coast sunt o surs de energiecurat, gratuit, regenerabil i durabil, nslimitat cantitativ.

2.8. Hidrogen obinut prin fotosintez

artificial

Fotosinteza artificial este un domeniu decercetare care ncearc s imite artificial procesulnatural de fotosintez, prin convertirea energieisolare, a apei i dioxidului de carbon, ncarbohidrai i oxigen.

Uneori, disocierea apei n hidrogen ioxigen, prin utilizarea energiei luminii solare este,de asemenea, menionat ca fotosintez artificial.

Actualul proces care permite ca jumtatedin reacia fotosintetic global s aib loc este o

foto-oxidare.

Aceti ioni sunt necesari pentru reducereadioxidului de carbon ntr-un combustibil.

Cu toate acestea, singura cale cunoscutpentru realizarea acestor reacii este prinutilizarea unui catalizator extern, unul care poatereaciona rapid, precum i determina absorbirea

fotonilor soarelui n mod constant.

Baza general din spatele acestei teoriieste crearea unei instalaii artificiale tip surs decombustibil.


20/80

20

Fotosinteza artificial este o energieregenerabil, carbon-surs neutr de combustibil,ce produce ori hidrogen, ori carbohidrai.

Ca atare, fotosinteza artificial ar puteadeveni o surs foarte important de combustibilpentru transport.

Spre deosebire de biomas, nu mai enevoie de teren arabil i de timpul de cretere abiomasei.

Deoarece faza de lumin independent afotosintezei fixeaz dioxidul de carbon atmosferic,fotosinteza artificial ar putea deveni un mecanismeconomic de sechestrare a cabonului, reducndatt procentul de CO2 din atmosfer, cti efectulde nclzire global, i producnd i stocndtotodat pe termen indefinit combustibil bazat pecarbon.

2.9. Energia Luminii Negre

ncepnd din 1986, Dr. Randell L. Mills adezvoltat teoria luminii negre.

n 1989, era gata patentul original, cuconcluziile teoretice publicate.

n 1991, Dr. Mills a fondat corporaiaEnergia hidrocatalitic, pentru a urmridezvoltarea i comercializarea noii forme deenergie.

n 1996, numele companiei a fost schimbatn Energia Luminii Negre.


21/80

21

Bazat pe legile fizice naturale, aceastteorie prezice existena unor nivele energeticeadiionale ale atomului de hidrogen, nivele deenergie mai sczut care ns nu sunt atinse n modobijnuit.

Ele nu sunt n general atinse deoarecetranziia ctre aceste nivele energetice nu estedirect asociat cu emisia spontan de radiaie aunui atom de hidrogen normal, atta timp ctatomii de hidrogen de energie foarte sczut

(numii hidrini), nu sunt stabili n stare izolat.Atomii de hidrogen pot atinge aceast stare

de izolare instabil, de radiaie sczut energetic,printr-un transfer de la un atom vecin, ion, saucombinaie de ioni avnd capacitatea de a absorbienergia necesar pentru efectuarea tranziiei.

Conform acestei teorii, atomii de hidrogenpot fi obligai s efectueze aceast tranziie, cueliberarea de energie.

Se prevd etape succesive de tranziie aatomului, care vor elibera energii mult superioarecelei obinute prin arderea hidrogenului (sau celeinecesare pentru disocierea apei).


22/80

22

3. NOI METODE DE OBINERE A ENERGIEI

3.1. Uzine hidroenergetice submarine nviitor

LONDRA: Un fluviu mare submarin curgnd

pe fundul Mrii Negre a fost descoperit de oameniide tiin descoperire ce vine s expliceposibilitile existenei vieii submarine la mareadncime n Marea Neagr, prin regenerareasubstanelor vitale prin curenii submarini formaide acest uria fluviu.

Se estimeaz c dac ar curge la suprafa

el ar fi al aselea fluviu de pe planet ca mrime(lungime i debit).

El ar fi de circa 350 ori mai mare dectTamisa.

Fluviul submarin are n unele locuri oadncime de peste 115 m, praguri i cascade,asemenea unui mare fluviu terestru.


23/80

23

Oamenii de tiin de la Universitatea dinLeeds, folosind un submarin modern, robotizat icomplet automatizat, au studiat fluviul pe totparcursul su, urmrind canalele sale (albia sa),malurile sale, zonele inundabile, constatnd c apasa este mult mai srat dect restul apei din MareaNeagr.

Acest fluviu uria pornete din Mediteranaspre Marea Neagr i traverseaz Bosforul,originea sa bazndu-se pe diferena de salinitate,

aceasta fiind tot mai mic mergnd dinspreMediterana spre Marea Neagr.

Instalarea unor turbine speciale caregenereaz electricitate n rul subacvatic ce curgede-a lungul prii de jos a Mrii Negre, ar puteaaduce pentru Europa o cantitate mare de energieieftin i curat, regenerabil, sustenabil, cueforturi mici de ntre

inere.

3.2. Obinerea de energie utilizndmotoarele Stirling (de tip alfa)

Putem utiliza motoarele Stirling de tip alfapentru obinerea de energie utiliznd dou locaiiapropiate cu diferene de temperatur ntre ele,cum ar fi spre exemplu solul i subsolul. Metodapoate avea un randament mai bun cu att mai multcu ct diferena de temperatur dintre cele douzone apropiate este mai mare.

Se poate utiliza zona deertic undetemperatura exterioar a solului ziua este mult maimare dect cea interioar.


24/80

24

Sau putem folosi eventual zonele polareunde temperaturile cresc de la suprafa

spre

adncime.

3.3. Putem obine energie din interiorul unuivulcan

Vom instala diferite conducte, serpentine,cazane, n interiorul unui vulcan, i pompnd prinele ap rece, vom scoate n schimb ap cald (sau

fierbinte) la ieire.

Din aceasta putem obine energie termicisau electric.

Nu trebuie practic dect s facem scircule apa prin nite instalaii ce sunt trecute prininteriorul vulcanului.


25/80

25

Se va introduce un lichid (agent) rece ivom obine unul cald la ieire (fierbinte).

Dificultatea nu va consta att de mult nintroducerea evilor, ct n calitatea materialelordin care vor fi confecionate pentru a rezista untimp mai ndelungat.

E posibil ca i ntreinerea instalaiilor spun iniial unele probleme, ns acestea vor puteafi remediate pe parcurs.

3.4. Capturarea i pstrarea energieieliberate de un fulger

Fulgerul are o putere medie de3000000000000W=3*1012W=3*109kW= 3*106MW=3*103GW= 3TW.

El se produce la suprafaa planetei cu ofrecven real de circa 300 de ori pe secund.

Dac am putea capta mcar unul din cele300 fulgere, energia astfel obinut ar fi deaproximativ 1-7 GJ/s=1-7 GWs/secund, 1-7GWh/or=8760-61320 GWh/an=8,76-61,32 TWh/an.


26/80


27/80

27

unei energii mai mari la ieire prin eliberareaenergiei de repaus a electronilor.

n realitate avem pierderi energetice deradiaii prin trecerea electronilor de pe un nivelenergetic mai mare pe unul mai mic, i poate doar

ntmpltor s aib loc i cteva anihilri(nesemnificative), astfel nct culegnd la ieiretoate radiaiile, am obine abia energia consumatpentru accelerare i nimic n plus (poate chiar iceva pierderi).

Dac n schimb vom folosi douacceleratoare de particule similare, unulaccelernd electroni, iar cellalt pozitroni, iar la unanumit nivel energetic (testat) i-am ciocni, ar avealoc reacia de anihilare a unui electron cu unpozitron, din care s-ar obine n plus circa un MeVde energie pentru fiecare pereche anihilat.

De data aceasta bilanul energetic ar fi totalpozitiv la ieire, i putem vorbi de o reaciecontrolat de obinere a energiei din interiorulmateriei, reacie care nu a mai fost utilizat pnacum i nici imaginat cel puin.

Pe de alt parte anihilarea se poate petrecei la energii medii, sau chiar sczute, (se vor faceteste speciale pentru a vedea la ce viteze se ob

ine

numrul maxim de anihilri) astfel nct pericolulemisiilor energetice spontane premature nici nu vamai exista.

Cu un debit de 10^19 particule/s am obinecirca 14 GWh/an dac toate ciocnirile ar avea loc is-ar termina fiecare din ele cu cte o anihilare.

Dac

doar jum

tate din ele vor fi reu

itevom putea obine oricum n jur de 7 GWh/an.

Cu un sistem modern care crete debitul de1000 ori (10^22p/s), energia obinut anual arputea atinge uor 7-12 TWh.


28/80

28

Cu 1000 de astfel de sisteme am avea toatenergia necesar ntregii omeniri.

Dac sistemul va fi perfecionat ncontinuare crescnd debitul de particule de nc1000 ori pn la nivelul de (10^25 p/s), atunci unsingur astfel de sistem ar genera toat energianecesar ntregii planete, fr riscuri, frreziduuri nucleare, fr necesitatea utilizrii unorcombustibili, i cu costuri minime de ntreinere(acestea ar scdea de 10000 de ori, reducnd

preul energiei obinute de 10000 ori, putndconsidera aceast energie c este practic gratis,chiar i cu costurile de ntreinere incluse, fiindtotodat regenerabil, inepuizabil, sustenabil,

fiabil, curat, uor controlabil, i fr riscuri).

Debitul particulelor se poate mri princreterea numrului de particule pe un puls, i sauprin cre

terea num

rului de pulsuri pe minut.

3.5.1. OBINEREA DE ENERGIE PRINPROCESELE DE ANIHILARE DINTRE UNELECTRON I UN POZITRON SAU DINTRE UNPROTON I UN ANTIPROTON (PREZENTAREAUNOR STUDII DE CAZ)

Noiuni de baz despre obinerea deenergie, regenerabil, curat, prietenoas, maiieftin, de anihilare (De exemplu prin anihilareaunui electron cu un anti electron, vezi figura de mai

jos).

Electronul i pozitronul se obin prinextragerea lor din atomi; extragerea consum ocantitate neglijabil de energie (civa keV). Apoi,


29/80

29

cele dou particule sunt aduse una lng cealalt(sau ciocnite); se produce fenomenul de anihilare,cnd masa de repaus se transform total n energie(fotoni gama).

Apar fotoni gama, atia ct sunt necesaripentru a prelua energia total a electronului ipozitronului (energia de repaus plus cea cinetic);de obicei se obin doi sau trei fotoni gama (cndavem o anihilare joas, i anume dou antiparticulecu energie sczut, fiecare din ele avnd o energie

cinetic mic peste energia de repaus, atunci cndparticulele nu sunt accelerate sau sunt acceleratefoarte puin), dar putem obine mai multe particuleatunci cnd avem o anihilare nalt (i anumeatunci cnd particulele sunt energice ele fiindputernic accelerate nainte de a fi ciocnite).

Procesul de anihilare dintre un electroni unpozitron


30/80

30

Energia de repaus a unei perechi electron-pozitron depete cu puin un (1) MeV (cea cereprezint o energie foarte mare pentru niteparticule att de mici, energie comparabil cu ceaobinut prin fuziunea a dou particule cu masa deaproape 2000 de ori mai mare).

Acesta este primul mare avantaj al noiimetode propuse care extrage toat energia derapaus a particulei prin anihilare, n vreme ce ncazul obinerii de energie prin metoda cea mai

eficient imaginat (cunoscut) pn acum(fuziunea la cald sau la rece), se extrage doar celmult o miime din masa de repaus a particulei(practic, numai diferena de energie dintre energialor cnd sunt libere i cea atunci cnd sunt unite,numit discrepan).

Am nceput cu perechea electron pozitrondeoarece aceste particule micu

e se extrag cu

uurin din atomi (atomii regenerndu-se apoiimediat pe cale natural, fapt ce determin laturaregenerabil a energiei obinute prin anihilri departicule).

Pasul urmtor va fi testarea anihilrii unuiproton cu un antiproton, deoarece masa lor derepaus este de aproape 1800 de ori mai mare

dect cea a electronului sau pozitronului,obinndu-se n procesul lor de anihilare o energiede circa 1000 de ori mai mare, i anume 1 GeV nloc de 1 MeV (considernd ca singura energie realobinut pe cea a protonului, n vreme ce energiaobinut din antiproton ar putea compensa energianecesar creerii lui prin accelerarea la energiiextrem de ridicate i ciocnirea protonilor).

Comparaia real ar trebui fcut ntreenergia obinut prin fuziunea deuteriului i tritiuluii procesul de anihilare a unui proton cu unantiproton. Va rezulta o diferen de energie de


31/80

31

aproape 1000 de ori mai mare n favoareaprocesului de anihilare.

Practic n acest fel se realizeaz visul de aextrage toat energia din interiorul materiei.

Un alt mare avantaj al metodei propuse esteacela c nu rezult n urma anihilrii reziduuriradioactive sau de alt natur, i nici nu se

utilizeaz ca materii prime substane radioactive.Din acest proces se obin numai fotoni gama ieventual alte mini particule energetice. Procesulnu prezint nici un pericol pentru oameni i pentrumediul nconjurtor.

Energia produs este curat. Tehnologiilenecesare sunt mult mai simple dect cele solicitatede reaciile nucleare de fisiune sau de fuziune, fiindi mai ieftine i mai uor de ntreinut.

Energia rezultat prin anihilri poate fiobinut n cantiti orict de mari (teoreticnelimitate), ieftin, curat, sigur, verde,regenerabil i sustenabil (natural), cu tehnologiimai simple i mai uor de ntreinut.

Putem extrage energia masei de repaus aunui electron. Pentru o pereche electron-pozitronaceast energie este de circa 1 MeV.

"Sincrotronul de radiaii (sincrotronul sursde lumin)" produce deliberat o surs de radiaii.Electronii sunt accelerai la viteze mari n mai multeetape pentru a atinge un final de energie (care estede obicei n intervalul GeV). Avem nevoie de dou

sincrotroane pentru acest proces. Unul care saccelereze electronii i altul care s accelerezepozitronii. Antiparticulele vor fi apoi ciocnite, dupce au ajuns la un nivel energetic optim.


32/80

32

Toat energia va fi colectat la ieirea dinsincrotroane, imediat dup ciocnireaantiparticulelor. Vom recupera energia deaccelerare iar n plus se va obine i energiadatorat anihilrilor (maselor de repaus)electronilor i pozitronilor.

La un flux de 10^19 electroni/s putem obineo energie de circa 7 GWh / an, chiar dac se obineun randament al ciocnirilor sub 50%. Acest debit

foarte ridicat se poate obine cu 60 pulsuri pe minut

i 10^19 electroni pe puls, sau cu 600 pulsuri peminut i 10^18 electroni pe puls, spre exemplu.Adic ca s putem micora numrul de particule pepuls trebuie mrit frecvena pulsurilor.(Deocamdat e greu de obinut un puls att de

ncrcat cu acceleratoarele cunoscute).

Dac am crete nc debitul propus anteriorde circa 1,000 de ori, s-ar obine cu o astfel deinstalaie circa 7 TWh / an. Aceast energie arputea completa energia obinut prin fisiunenuclear, pentru ca mpreun s nlocuiasctreptat energia obinut pe baz de hidrocarburiarse, deoarece rezervele de gaze i mai ales celede petrol tind s se epuizeze rapid (n civa zeci de

ani).

Avantajele anihilrii unui electron cu unpozitron, n comparaie cu reactoarele nucleare de

fisiune, sunt de eliminare a deeurilor radioactive,a riscului de explozie i de reacie n lan. Energiaobinut din masa de repaus a antiparticulelor este

mai uor de controlat comparativ cu reaciile defisiune sau fuziune la rece sau la cald.


33/80

33

Nu mai este necesar combustibil radioactivmbogit (ca n cazul reaciilor de fisiune), nu mai enevoie de deuteriu, litiu sau neutroni accelerai (ca

n cazul fuziunii la rece), sau de temperaturi ipresiuni enorme (ca n cazul fuziunii la cald), etc.

3.5.2. REZULTATE I DISCUII

Cam ct energie am putea obine dininteriorul materiei?

Einstein a artat c dintr-un kg de materieputem obine toat energia necesar ntregiiplanete pentru un an ntreg:

E=m.c2

=1[kg].(3.108)2

[(m/s)2

]=9.1016

[j]=2,5.1010[KWh]=2,5.107[MWh]=2,5.104[GWh]= 25[TWh]

Am putea realiza acest lucru numai dacam extrage absolut toat energia din interiorulmateriei.

Prin reacia de fuziune nuclear se extragenumai o mic parte din energia de repaus aparticulei utilizate.

Aceast pictur de energie (1 / 1000 dinmasa energetic a unei perechi proton-neutron) secheam discrepan.

Pentru un kg de particule perechi proton-neutron, energia de fuziune este de aproximativ1000 de ori mai mic dect energia masei derepaus total a unui kg de materie (numai 29 [GWh]din energia intern total de 25 [TWh]); i asta


34/80

34

considernd o reacie cu un randament al fuziunilorrealizate comparativ cu fisiunile realizate de 100%al reaciei de fuziune care nu ar putea fi atins nrealitate sub nici o form.

Teoretic vorbind, putem extrage dininteriorul materiei (prin reacia de fuziune) doar celmult a mia parte din energia sa (din masa saenergetic). Avnd n vedere i randamentulreaciei de fuziune, aceast energie obinut estede fapt mult mai mic.

Prin reacia de fisiune nuclear energiaobinut va fi practic nci mai mic.

Soluia propus prin lucrarea de fa,obinerea de energie prin anihilri de antiparticule,

face posibil realizarea cerinei de a extrageenergia ntreag din interiorul materiei.

Acest lucru se realizeaz practic prinaducerea unei perechi particul-antiparticul unalng alta, la o distan suficient de mic de la careele s se poat atrage reciproc i anihila.

Pentru a crete randamentul reaciei deanihilare, (numrul de particule anihilate din totalulcelor existente), putem accelera particulele iantiparticulele dup care s le trimitem ntr-o

camer pentru ciocnire i anihilare la energiiridicate.

Dac utilizm electroni i pozitroni pentrureacia de anihilare, se va obine energie purtat de

fotoni de tip gama.

n acest caz pentru a preveni o posibildecdere a fotonilor obinui (desfacerea lor cu

recompunerea de electroni i pozitroni), pentrunceput antiparticulele utilizate trebuiesc ciocnitela viteze i energii sczute, pentru ca fotoniirezultani s aib fiecare energii mici care s nu le


35/80

35

permit disocierea prin recompunerea unuielectron i a unui pozitron.

La pasul imediat urmtor se vor testaenergiile optime ale antiparticulelor utilizate pentrucare se poate obine un randament maxim alreaciei de anihilare.

E necesar ca antiparticulele s sentlneasc pentru a se anihila reciproc i srezulte fotoni gama ct mai stabili.

4. CONCLUZII

Energia obinut prin fisiune nuclear areprezentat un ru necesar. Ea a prelungit viaa

hidrocarburilor i a evitat o criz energeticmajor.

Chiar i aa, n condiiile unui adevratrzboi actual de nmulire a energiilor alternative,(reacia de fuziune nuclear controlat, la rece saula cald, abia acum fiind s zicem bine pus lapunct, dei nu nc total), energiile obinute prinarderea hidrocarburilor tot mai reprezint 2/3 din

total.La o asemenea rat de utilizare petrolul se

va epuiza n aproximativ 40 ani. Va trebui s negrbim cu implementarea tot mai larg a energiilorregenerabile.

Lucrarea prezentat aduce n discuiecteva noi posibile surse de energie, unele ce-idrept puin cam exotice, din care selectndserios ne vom opri n mod special la cele propusela paragrafele (3.5.) i (2.9.).


36/80

36

Acceleratoarele de particule pe Pmntsunt abia la nceputul vieii lor i deja prezint omulime de utilizri (studiul particulelor elementarei a fenomenelor nucleare, producerea de diverseparticule pentru diferite domenii, unele utilizate i

n medicin, obinerea de energie pentru ntreagaplanet 3.5., dezvoltarea zborurilor reale n viitor[4], etc).

BIBLIOGRAFIE

[1] EWEA Executive summary "Analysisof Wind Energy in the EU-25" (PDF). European WindEnergy Association.http://www.ewea.org/fileadmin/ewea_documents/d

ocuments/publications/WETF/Facts_Summary.pdfEWEA Executive summary. Retrieved 2007-03-11.

[2] Massachusetts Institute ofTechnology (2010, September 13). Funneling solarenergy: Antenna made of carbon nanotubes couldmake photovoltaic cells more efficient. ScienceDaily. Retrieved September 21, 2010, fromhttp://www.sciencedaily.com/releases/2010/09/100912151548.htm

[3] "Towards Sustainable Productionand Use of Resources: Assessing Biofuels". UnitedNations Environment Programme. 2009-10-16.http://www.unep.fr/scp/rpanel/pdf/Assessing_Biofuels_Full_Report.pdf. Retrieved 2009-10-24.

[4] Petrescu, F. New Aircraft. COMEC2009, Braov, ROMANIA, 2009.


37/80

37

La steaua care-a rsrit

E-o cale-att de lung,

C mii de ani i-au trebuit

Luminii s ne-ajung!

Poate de mult s-a stins cndva

n deprtri albastre,

Lumina ei abia acum

Lucii vederii noastre.

Icoana stelei ce-a muritncet pe cer se suie,

Era pe cnd nu se zrea,

Azi o vedem, i ... nu e.

(Mihai Eminescu-La steaua)

OBINEREA DE ENERGIE DE ORIGINEEXTRATERESTR

O variant mult discutat ar fi obinerea deenergie concentrat captat direct de la soare itransmiterea ei tot concentrat pn la lun, dupcare ea ar urma s fie distribuit disipat pe pmnt,pentru a nu ne pune n pericol.


38/80

38

Idea ar putea porni de la faptul c npreajma unei stele (a unui soare) energia emanateste extrem de mare, ns ea se transmite radial petoate direciile la distane foarte mari, disipndu-setot mai mult odat cu deprtarea de sursa deorigine.

Energia lng soarele nostru este enormiar pe pmnt mai ajunge doar o frm din ea.Chiar i aa dac am capta doar cteva procentedin toat energia disipat ce cade pe planeta

noastr am avea tot necesarul vieii de pe Terra ichiar i o rezerv suplimentar.

Problema este c randamentul captrii eipe pmnt este oricum foarte mic din cauza diluriii a mprtierii ei.

Din aceste motive s-a gndit posibilitateacaptrii ei direct de la surs.

Steaua Eta Carina emitei lumin concentrat subforma unor laseri uriai

n figura de deasupra se poate urmriimaginea (stilizat) a unei stele ultra energetice,Eta Carina, care emite lumin i energie


39/80

39

concentrat, la distane foarte mari, sub formaunor laseri naturali.

Dac o stea poate s transmit cantitiuriae de energie i lumin natural la distane

foarte mari, concentrate, atunci i noi putem faceacest lucru, cu tehnologiile de care dispunem laora actual pe Terra.

Pentru nceput ne propunem s urmrimhaloul solar (vezi figura urmtoare).

Haloul solar

n figur este prezentat o poz a halourilorsolare din sistemul nostru.

Se vede clar c pe Terra mai ajunge doarcam al patrulea halou din punct de vedere alintensitii sale.

Exist i un al cincilea halou i mai disipatcare abia mai atinge planeta Jupiter, i se dilueaz

foarte mult pe Saturn.


40/80

40

De la Uranus mai departe frigul intunericul sunt stpne.

O eventual colonizare i teratizare arputea fi gndit n viitorul apropiat cel mult pentruJupiter i Saturn, iar acum imediat putem ncepedeja s construim baze umane pe Marte i Ceres.

Construcia unui sistem de captare de

energie concentrat direct de lng soare i deaducere a ei pe pmnt ar putea fi realizat n maimulte variante.

Dat fiind faptul c planetele nu sunt ngeneral aliniate pe o raz (ca n fotografia din

figura 3), e mai bine pentru nceput s ncercm

captarea de energie concentrat chiar pe un satelitartificial construit de noi, care s aib o poziie

foarte apropiat de soare gravitnd pe o orbitastfel aleas nct s pstreze ciclul de gravitaie alTerrei n jurul Soarelui (un an), satelitulmeninndu-se permanent pe raza Soare-Terra.

El trebuie s fie rezistent la temperaturile

foarte ridicate.

Satelitul va capta energie concentrat delng Soare i o va transforma n LASERI puternici,pe care-i va proiecta (transmite) ctre un alt satelitartificial ce va gravita n apropierea pmntului i aLunii.

Satelitul ce preia energia concentrat vaavea fie rolul de a o redistribui diluat direct peTerra prin mai multe canale sub form de


41/80

41

microunde, fie va retransmite energia totconcentrat pe Lun, urmnd ca aici s fie stocati apoi retransmis sub form diluat pe planetanoastr (Maseri multipli).

Satelitul de lng Terra (care preia energiaconcentrat transmis de cellalt satelit poziionatlng Soare) trebuie s fie situat cam tot pe razaSoare-Pmnt, astfel nct raza LASER dintre ceidoi satelii s nu ating niciodat planeta noastr(nici mcar tangenial).

Dac el va retransmite energia direct peTerra nu mai sunt alte condiii suplimentare depoziionare a sa. n schimb dac el va retransmiteenergia sa concentrat pe Lun atunci va trebui s-o

fac intermitent, numai atunci cnd vectorul dintreel i lun nu intersecteaz Pmntul absolut deloc.

Energia va putea fi stocat pe lun i va fiapoi transmis intermitent sau chiar permanent pePmnt prin mai multe canale, sub o form multdiluat (canale multiple de microunde, de energieredus fiecare).

n acest scop vor fi construite pe Lun bazeumane automatizate, multiple.


42/80

42

Cercettorii de la Universitatea din Leeds au

descoperit indicii noi privind originile vieii pe

Pmnt.

Un compus obscur, cunoscut sub numele de

pyrophosphit ar fi putut fi o surs de energie care a

permis prima form de via de pe Pmnt.

Exist mai multe teorii (contradictorii) relativ la

modul n care a aprut viaa pe Pmnt din materia

fr via, cu miliarde de ani n urm - un proces

cunoscut sub numele de abiogenez.

Este ntrebarea clasic cu ce a aprut mai

nti, oul sau gina, ne spune Dr. Terry Kee,

conductorul grupului de cercettori de la

universitatea Leeds. Oamenii de tiin sunt ntr-

un dezacord total, relativ la care proces fiziologicare ntietatea apariiei, replicarea sau

metabolismul. Ei uit ns, c exist i o a treia


43/80

43

parte a ecuaiei energia. Tot ce este viu

necesit o surs continu de energie pentru a

funciona.

Aceasta energie este realizat n cadrul i n

jurul corpurilor noastre, n anumite molecule, cea

mai cunoscut fiind * ATP, care transform cldura

de la soare ntr-o form de energie utilizabil

pentru animale i plante.Lanul unei astfel de molecule complexe, arat

ca n imaginea de mai jos i poart denumirea de

Adenosintriphosphat protoniert.

Adenozin-5'-trifosfat (ATP) este un nucleotid


44/80

44

multifunctional utilizat n celule ca o coenzim.

Acesta este adesea numit "unitatea molecular a

monedei" de transfer de energie intracelular. ATP

transport energie chimic n i ntre celule pentru

metabolism. Este produs de photophosphorylation

i de respiraia celular i folosit de enzime i

proteine structurale n multe procese celulare,

inclusiv n reaciile de biosintez, motilitatea, idiviziunea celular. O molecul de ATP conine trei

grupuri de fosfat, i este produs de sintetaza ATP

din fosfatul anorganic i adenozinul-difosfat (ADP)

sau adenozinul monofosfat (AMP).

Procesele metabolice care utilizeaz ATP casurs de energie se transform napoi n

precursorii ei. ATP, prin urmare, este n continu

reciclare n organisme: corpul uman, care conine,

n medie, 250 de grame de ATP, transform din nou

n ATP, tot ce depete propria greutate, n

fiecare zi.

ATP este folosit ca un substrat n cile de

transducie a semnalului de kinaze (fosforila

proteine i lipide, precum i de guanilat ciclaz),

care folosesc ATP-ul pentru a produce al doilea

ciclu de molecule mesager AMP. Raportul dintre

ATP i AMP este folosit ca o modalitate pentru o

celul, pentru a sesiza de ct energie este


45/80

45

disponibil, i pentru a controla cile metabolice

care produc i consum ATP. n afar de rolurile

sale n metabolismul energetic i de semnalizare,

ATP este, de asemenea ncorporat n acizi nucleici

de ctre polimeraze, n procesele ADNului de

reproducere i transcriere.

Structura acestei molecule const ntr-o baz

purinic (adenina) ataat la un atom de carbon 1al unui zahr pentos (riboz). Trei grupuri de fosfat

sunt ataate la un atom de carbon 5 de zahr

pentos. Este adugarea i eliminarea acestor

grupuri de fosfat care inter-convertesc ATP, ADP i

AMP. Cnd ATP este utilizat n sinteza ADN-ului,zahrul riboz este primul convertit la dezoxiriboz

de ctre ribonucleotidele reductaz.

ATP a fost descoperit n 1929 de Karl Lohmann,

dar structura sa nu a fost corect stabilit dect

civa ani mai trziu. ATP a fost propus ca fiind

principala molecul de transfer de energie n

celul, de Fritz Albert Lipmann n 1941. ATP-ul a

fost sintetizat n mod artificial pentru prima oar de

Alexander Todd n 1948.

n orice moment, corpul uman conine doar

250g de ATP aceast doz ofer aproximativ

aceeai cantitate de energie ca o singur baterie

AA.


46/80

46

Acest magazin ATP este utilizat n mod

constant i regenerat n celule printr-un proces

permanent cunoscut sub numele de respiraie,

care este condus de nite catalizatori naturali

numii enzime.

Cu alte cuvinte, avem nevoie de enzime pentru

producerea de ATP, i de ATP pentru fabricarea de

enzime."ntrebarea este: de unde a venit energia, mai

nainte ca oricare dintre aceste dou lucruri (ATP

i enzimele, care o produc) s existe? Noi credem

c rspunsul se afl n moleculele simple, cum ar fi

pyrophosphitul chimic, care este foarte similar cuATP, dar are potenialul de a transfera energie fr

necesitatea prezenei enzimelor." Aceste molecule

simple arat clar faptul c enzimele i dublul

proces sunt rezultatul unei evoluii superioare, n

timp. Plecarea s-a fcut numai cu energie i

molecule simple, care apoi au evoluat,

complicndu-se.

pentru proprietile baterie - cum ar fi

att ATPul ct i pyrophosphitul, , un

element esenial pentru toate lucrurile vii. Nu

numai c fosforul este componenta activ a

ATPului, dar el realizeaz de asemenea coloana

vertebral a ADN-ului i este important n structura


47/80

47

pereilor celulelor. Altfel spus, construcia celulelor

de baz care alctuiesc toat materia vie, se

bazeaz pe un element cheie, i anume fosforul.

Dar, n ciuda importanei sale pentru via, nu

este nc pe deplin neles modul n care fosforul a

aprut pentru prima dat n atmosfera noastr. Una

dintre teorii este c a fost coninut n mulii

meteorii care s-au ciocnit cu Pmntul cu miliardede ani n urm.

Fosforul este prezent ntr-adevr n mai multe

minerale meteoritice i este posibil ca acestea s fi

reacionat pentru a forma pyrophosphite, n

condiiile acide vulcanice de pe Pmntultimpuriu, a adugat Dr. Terry Kee.

Descoperirile, publicate n revista Chemical

Communications, sunt primele care s sugereze

c pyrophosphit ar fi fost relevant n trecerea de la

chimia de baz la biologia complex atunci cnd

viaa de pe pmnt a nceput. Deoarece

completnd aceste cercetri, Dr. Kee i echipa sa

au gsit chiar i dovezi suplimentare pentru

importana acestei molecule, se sper acum ca

echipa sa mpreun cu cercettori de la NASA s

reueasc s investigheze i rolul complet al ATP n

bio genez.


48/80

48

sunt organite celulare ntlnite n

toate tipurile de celule. Ele mai sunt denumite i

uzine energetice, fiindc ele conin enzimele

oxido-reductoare necesare respiraiei.

Respiraia produce energia necesar

organismelor, iar aceast energie este

nmagazinat n moleculele de ATP.

Mitocondriile au forma unor vezicule alungite, suntorganite sferice, ovale sau sub form debastonase, care sunt formate dintr-o membrandubl, un sistem de cisterne i tubuli i strom(matrice). Mitocondriile sunt compuse din:

nveli

membran extern neted

membran intern pliat, ce formeaz prininvaginri care ptrund n strom fra o compartimenta complet, mrindu-i

foarte mult suprafaa. Pe mebrana internse observ nite granule n care suntacumulate anumite enzime care intervin nprocesele energetice ale celulei.

Mitocondriile au material genetic propriu -


49/80

49

ADN-ul mitocondrial - care conine informaia

genetic necesar pentru sinteza enzimelor

respiratorii.

Genetica mitocondriei umane reprezint studiul

de genetic a ADN-ului coninut n mitocondrii

umane. Mitocondriile sunt structuri mici coninute

n celule, care genereaz energie util pentru

celul, fapt pentru care sunt menionate ca fiindgeneratorul energetic al celulei.

ADN-ul mitocondrial (mtADN) nu se transmite

prin intermediul ADN-ului nuclear (nDNA). La om,

ca i la cele mai multe organisme multicelulare,

ADN-ul mitocondrial este motenit numai de laovulul mamei (deci numai de la mam).

Motenirea mitocondrial este, prin urmare,

non-mendelian, o motenire mendelian

presupunnd ca fiecare jumtate din materialul

genetic al unui ovul fertilizat (zigotul) s provin de

un printe diferit.

Optzeci la sut din codurile ADN-ului

mitocondrial pentru proteine mitocondriale

funcionale, i prin urmare cele mai multe mutaii

de ADN mitocondrial duc la probleme funcionale,

care se pot manifesta ca tulburri musculare

(miopatii).

nelegerea mutaiilor genetice care afecteaz


50/80

50

mitocondriile ne poate ajuta s nelegem

mecanismele (energetice) interne ale celulelor i

organismelor, precum ne pot i sprijini pentru a

sugera metode terapeutice noi de succes pentru

esutul muscular i pentru clonarea de organe, i

pentru tratamentul multor tulburri musculare

devastatoare.

Deoarece acestea ofer 36 molecule de ATP pemolecula de glucoz, n contrast cu cele 2

molecule ATP produse de glicoliz, mitocondriile

sunt eseniale pentru toate organismele superioare

pentru susinerea vieii.

Bolile mitocondriale reprezint de fapt cauzabolilor i a dereglrilor genetice, care afecteaz n

special ADN-ul mitocondrial; micile probleme cu

una dintre numeroasele enzime utilizate de

mitocondrii pot fi devastatoare pentru celul, i la

rndul su, pentru ntregul organism. Altfel spus, o

problem minor manifestat la nivelul

mitocondriilor, se poate resimii devastator la

nivelul celulei, iar mai departe prin amplificare la

nivelul ntregului organism.

Aceste dereglri reprezint n fapt mutaiile

genetice, ce se transmit mai departe i la urmai.

Energia transmis de mitocondrii la nivel

celular este vital pentru organism; atunci cnd ea


51/80

51

scade producndu-se oboseala i mbtrnirea

organismului, iar la epuizarea ei (epuizarea

energiei mitocondriilor, adic atunci cnd ele scad

sub un anumit nivel, prag) intervine moartea fizic

a organismului respectiv.

ATPul i mitocondriile reprezint microuzinele

energetice ale celulelor i organismelor vii. Ele

stau i la baza proceselor energetice i respiratorii.Cu ct vom putea nelege mai bine i controla

aceste procese, probabil vom reui s ne

prelungim viaa, i s ne mbuntim sntatea. n

plus imitnd aceste mini construcii, am putea

capta direct energia solar.

Oamenii au nceput s utilizeze biomasa chiar

din ziua n care strmoii notrii au descoperit foculi l-au folosit imediat pentru gtit.


52/80

52

La un milion de ani dup apariia lui

, n Africa a evoluat un nou hominid, avnd

creierul mai mare. Mergea numai n poziie biped

i a fost numit , ceea ce nseamn n

limba latin om n poziie vertical. Oamenii din

aceast specie au nvat s foloseasc focul, fapt

care le-a adus mai mult control asupra vieii lor.

Oamenii din specia Homo erectus nu puteau

probabil s aprind singuri un foc. ns ei gseau

focuri aprinse de fulgerele ce loveau iarba uscat.

Se pare c duceau o creang aprins pn lapetera sau tabra lor i apoi aveau grij ca focul

s nu se sting zile ntregi, sau chiar sptmni.

Oamenii speciei Homo erectus au descoperitc plantele i carnea erau mult mai gustoase dac

erau gtite la foc, astfel c au nceput s-i

gteasc mncarea. Mncarea gtit este mai uor

de mestecat. Astfel, consumnd mncare gtit,

dinii i flcile lor s-au micorat treptat. Mncndmai mult carne, trupurile lor au devenit mai

puternice i mai nalte, iar creierele lor au evoluat

devenind mai mari.


53/80

53

Focul i asigura lui Homo erectus cldura peste

noapte. Era folositi ca arm de aprare mpotriva

animalelor periculoase, crora le era fric de

flcri.

Avnd un foc aprins, oamenii puteau s vadi

noaptea. Astfel c ei nu erau nevoii s se culce la

apusul soarelui, spre deosebire de primii hominizi,

i puteau s lucreze i noaptea.

Oamenii speciei Homo erectus au folosit focul

la furirea unor unelte mai bune. Au furit din

pietre expuse la cldur unelte numite topoare de

mn, care aveau muchii foarte ascuite.

Focul oferea un loc unde oamenii puteau s

stea mpreun. Puteau astfel s-i fac un cmin

oriunde, ncepnd s se stabileasc ntr-o mulime

de locuri diferite. Treptat, au nceput s serspndeasc tot mai departe de Africa.

n acest fel focul s-a rspndit pe toat planeta


54/80

54

noastr.

Practic biomasa este utilizat de atunci i pn

n prezent.

Biomasa nu poate fi eliminat imediat, aa cum

i doresc unele persoane, din simplul motiv c

reprezinti azi un procent energetic foarte mare,

i pentru moment omenirea fiind n plin dezvoltarei expansiune i crete permanent consumurile

energetice, fr ca noile surse energetice aprute

s aduc procente semnificative, i asta n

condiiile n care rezervele petroliere sunt pe cale

de dispariie.Dei nu s-a spus, i nu se comunic oficial, din

1970 planeta noastr a intrat ntr-o semicriz

energetic, cu sincope, cu creteri i descreteri,

rezolvat local, parial, dar nu definitiv. Cea mai

mare cretere energetic procentual de atunci i

pn acum s-a realizat prin energia nuclear de

fisiune (19-20%), i prin biomas (circa14%).


55/80

55

Energetica nuclear i biomasa au reuit spreia astfel mpreun circa 33-34% din consumul

energetic mondial.

Ambele sunt surse energetice sustenabile,

independente (biomasa fiind i regenerabil n

totalitate).

Ct au adus celelalte surse adugate, crescute

(chiar forat) n permanen? n general sub 1-1,5%,

iar dup circa 40 ani de cretere susinut a lor, de

implementare n for, au reuit n 2008-2010 uncolosal . Da, dar cu ce costuri? Cu ct

munc? Cu ct trud i eforturi? i chiar i aa,


56/80

56

inginerete tot ce este sub 3-5% se consider o

eroare neglijabil. S judecm drept! Am trecut

peste criza energetic (sau prin ea) i nu doar

energetic, doar datorit celor dou soluii

suplimentare, care ne-au produs n plus circa 33-

34% din energiile totale consumate, aducnd astfel

o real economie energetic (inclusiv n cea ce

privete rezervele de petrol i gaze naturale).

Dar 33-34% reprezint exact o treime din

consumul energetic total. Dac cretem n

continuare aceste dou surse pn la dublu (67%),

fapt care se poate realiza cu uurin, putem apoi

s stm linitii. Consumul de produse petroliere va

scdea drastic (viaa tuturor rezervelor petroliere

se va lungi foarte mult), independena noastr

energetic va fi asigurat pentru foarte mult timp,

i vom putea n linite (i nu sub presiune), s

realizm noi proiecte energetice (de orice fel).


57/80

57

Pentru a realiza proiecte i strategii energetice

pe termen lung, avem nevoie i de timp, i delinite.

Biomasa nu este de fapt nimic altceva dect un

cuvnt nou atribuit s desemneze toat masa

biologic existenti care poate fi creat.

Biomasa este tot ce crete, sau se produce, iapoi poate fi ars. Se excepteaz petrolul, gazele

naturale i crbunele, care au fost create n

decursul multor milenii, chiar dac i ele sunt de

fapt tot o biomas.

Biomasa are actualmente i sensul de materie

productoare de energii regenerabile, i sub acest

aspect rezervele petroliere i carbonifere nu pot fi

considerate regenerabile i deci nici biomas.


58/80

58

Biomasa ia multe forme; enumerm cteva

dintre cele mai cunoscute: lemn, paie trestiebambus i papur, fn uscat, coceni i pnue de

porumb, culturi de verdeuri uscate inclusiv ierburi,

deeuri biologice, achii de lemn, deeuri de hrtie,

reziduuri organice din prelucrarea produselor

alimentare, uleiuri vegetale, alge marine uscate,plantaii de tutun, uleiuri extrase din arahide, etc.

Biomasa poate fi crescut

pentru ca apoi s fie ars

(utilizat pe post de

combustibil).


59/80

59

n acest caz este preferabil s alegem plante

care atunci cnd ard s aib o valoare a puterii

calorice ct mai ridicat, s creasc ct mai

repede i sau ct mai mult, s necesite ct mai

puin fertilizare i irigare, cultura respectiv s

coste ct mai puin, i pe ct posibil s nu ocupe

suprafee prea mari n detrimentul culturilor

agricole (reducnd astfel terenurile destinatehrnirii populaiei).

Energiile clasice reprezint pentru moment dar

i pentru viitorul imediat o rezerv comod, sigur,

i la ndemn. Biocombustibilii vor fi folosii din cen ce mai mult, aa cum am fcut-o din cele mai

vechi timpuri, atta vreme ct nu reuim s

descoperim o energie alternativ suficient, ieftin,

comod, direct, regenerabil, nepericuloas,

nepoluant, etc.

Gazele, continu s fie o rezerv natural

strategic a planetei. Indiferent dac sunt asociate

cu rezervele de petrol, sau se gsesc n zcminte

separate, ele au jucat un rol esenial n ultimii circa

150 ani i vor fi la fel de importante i pe viitor.

Dac la nceput erau tratate cu dispre, utilizndu-

se numai petrolul, ele fiind arse sau pur i simplu


60/80

60

mprtiate n atmosfer, astzi gazele sunt

utilizate att industrial ct i pentru nevoile

menajere. Ar fi bine s le ardem numai pentru gtit

i nclzirea s-o facem electric sau n alt mod

pentru a le consuma n cantiti mai mici i a le

proteja i conserva pentru mai mult timp, ne

gndim noi toi de cele mai multe ori; da, dar dac

curentul electric provine nu de la noile tehnologiienergetice (solare, eoliene, etc), sau de la

hidrocentrale, sau centrale electrice nucleare,

atunci curentul electric consumat pentru

protejarea rezervelor de gaze naturale provine de

cele mai multe ori de la gazele arse (sau petrolulars) n termocentrale electrice. n acest caz nu va

rezulta nici o economie de gaze ci dimpotriv o

cretere a consumului real de gaze naturale arse

(datoriti pierderilor de conversie).

Acelai lucru se ntmpl atunci cnd eliminm

un motor clasic pe benzin, motorin sau gaz, i-l

trecem pe hidrogen ori l nlocuim cu unul electric.

Autovehiculul consum curent electric din nite

acumulatori moderni, care se ncarc de la prize

(mai modern direct prin unde electromagnetice,

sau prin alt sistem fr prize i conexiuni).

Curentul este produs n proporie de 66% din

arderea gazelor i sau a petrolului n centralele


61/80

61

termice, iar curentul electric solicitat va produce

un consum suplimentar de gaze naturale, oricum

mai mare dect cel de petrol sau gaze pe care l-ar

fi produs motorul clasic de pe autovehiculul

respectiv.

n final n loc de o economie de gaze, am

produs o gaur suplimentar n rezervele

strategice de gaze naturale ale planetei.S presupunem c n loc de motorizarea

electric alegem un motor cu hidrogen care s ia

locul unuia clasic pe hidrocarburi (petrol, gaze).

Energia echivalent (produs pn la urm

majoritar tot din gaze arse) consumat pentruobinerea hidrogenului este mai mare dect

energia donat de motorul termic cu hidrogen,

astfel nct avem deja din start un randament real

nefavorabil gazelor, care se vor consuma

suplimentar prin nlocuirea efectuat. ns lucrurile

nu se opresc doar aici; n cazul hidrogenului, el

trebuie lichefiat i mbuteliat, iar energia

echivalent necesar acestei operaiuni

suplimentare este la ora actual de circa zece ori

mai mare dect cea obinut prin arderea

hidrogenului n motorul termic adaptat.

Altfel spus (mai plastic) prin nlocuirea unui

motor clasic cu hidrocarburi cu unul electric,


62/80

62

consumul echivalent (real) de gaze (i sau petrol)

crete de circa 1,3 ori n loc s scad (la scar

planetar), iar dac motorul clasic se va nlocui cu

unul pe hidrogen atunci consumul de gaze (sau

hidrocarburi arse) va crete de circa 11,3 ori.

Pentru ca s putem introduce ct mai multe

motoare electrice, cu un randament real, i cuscderea consumului efectiv de hidrocarburi la

scar planetar, este necesar scderea

procentelor de gaze naturale i petrol utilizate

pentru nclzire i producerea de energie electric,

prin creterea numrului de centrale nucleare, decentrale eoliene, solare, hidro, etc.

Procedurile nu sunt aa uoare cum ar prea la

prima vedere, deoarece, atunci cnd anunm cu

mndrie c a crescut numrul centralelor eoliene i

solare cu circa 30%, aceast cretere se

raporteaz la cele existente, i chiar fr s le mai

punem la socoteal pe cele uzate, o cretere de

30% din cele circa 2-3 procente de regenerabile

noi existente nseamn o cretere real anual

absolut a ponderii planetare a noilor energii

regeneabile de la 2-3% la 2,7-4%, adic o cretere

n termeni reali a noilor energii de 0,7-1%, care ar

nsemna foarte puin n condiiile meninerii


63/80

63

consumului planetar constant. Dac consumul

planetar ar fi constant cu o cretere anual de

circa 0,7% noile energii ar putea s le nlocuiasc

pe cele obinute din arderea hidrocarburilor n

circa 95 ani, iar pn atunci acestea s-ar putea

epuiza cu mult nainte, planeta i omenirea intrnd

astfel ntr-o criz extrem de grav, care nu ar mai fi

doar energetic.S-ar pune efectiv problema supravieuirii, a

ntoarcerii la peteri, a unor rzboaie pentru

exterminarea rasei umane, care i aa nu st pe loc

ci se nmulete permanent solicitnd tot mai multe

resurse planetare inclusiv energetice.Problema este mult mai serioas dect pare la

prima vedere, deoarece consumul energetic al

planetei nu staioneaz nici el ci crete cu circa 1-3

procente anual.

O cretere a consumului energetic anual al

planetei de numai 0,7-1% anuleaz automat

creterea noilor regenerabile, iar creterea

suplimentar de consum energetic face ca de fapt

noile regenerabile s scad anual n pondere

planetar, ajungnd de la 4-5% la 2-3% i probabil

chiar mai jos pe viitor, spre uimirea celor care

ateptau s le vad crescnd efectiv deoarece sunt

tot mai multe.


64/80

64

Soluia evident este ca noile regenerabile s

creasc anual ntr-un ritm i mai rapid, cel puin

prin dublarea lor anual, adic raportat la nivelul

lor s sufere o cretere anual nu de 30% ci de

minim 100%.

Astfel putem pune planeta pe un fga normal,

pornind evident de la noi energii regenerabile,nepoluante.

Separat vom utiliza n continuare i

biocombustibilii din ce n ce mai mult, dar i noi

centrale energetice nucleare alturi de cele vechi

existente.E bine s cretem i centralele hidro acolo

unde mai este posibil.

Orice nou surs energetic e bine venit!

Se anun permanent descoperirea unor noi

zcminte de gaze naturale dar i de petrol.

Toate trebuiesc luate serios n calcul,

raionalizate, consumate imediat, ori conservate

strategic pentru a fi consumate ceva mai trziu.

Nici o rezerv descoperit nu trebuie abandonat

sau desconsiderat. Cel puin pentru moment nu ne

putem permite a desconsidera rezervele clasice de

energie.


65/80

65

Ce-i n mn nu-i minciun!

Industria gazelor a trecut ntr-o nou etap, cea

a exploatrii resurselor neconvenionale. Acestea

au transformat SUA n cel mai mare productor de

gaze din lume. Estimrile instituiilor de profil arat

c rezervele de gaze ale omenirii sunt de fapt cu

peste 40% mai mari dect se tia pn acum,datorit resurselor neconvenionale.

Nu degeaba gazul natural este numit aurul

albastru". La fel ca i ieiul, n cazul cruia

sinonimul aurul negru" nu mai mir pe nimeni,gazele au devenit vitale pentru civilizaia uman. n

trecut, marile explorri vizau descoperiri de petrol

i, de multe ori, cnd se gseau doar gaze,

dezamgirea era profund, iar gazele erau arse

pur i simplu n atmosfer fr nici-un rost. Astzi

se aloc miliarde de euro pe explorri i de zeci de

ori mai mult pentru extracia de gaze.

ns industria a evoluat att de repede, nct

era gazelor tradiionale a fost depit i acum se

extrag deja resurse declarate neconvenionale.

Gazele neconvenionale sunt de fapt tot gaze

naturale, ns sunt extrase din roci dure i greu de


66/80

66

explorat. Prin urmare, spre deosebire de sondele

verticale clasice, noua categorie de resurse are

nevoie de o alt tehnologie.

SUA, lider mondial n producia de gaze

n ultimii ani, americanii au luat un avans

considerabil n aceast zon i au dezvoltatechipamente care par de domeniul SF-ului.

Practic, sondele, dup ce strpung vertical

solul, sunt introduse orizontal n straturi adnci de

roci tari.

Acolo sunt produse fisuri unde se strng

gazele, care sunt apoi colectate i aduse la

suprafa.

Tehnologia de ultim generaie permite

extracia din isturi bituminoase, din argil, din roci

nisipoase i din straturi de crbune.


67/80

67

Se vorbete tot mai des despre gazele de ist,

cum sunt denumite aceste noi rezerve ultra-

strategice (deoarece se extrag i din isturile

bituminoase).

Oricum ar fi ele vin s mai lungeasc viaa

rezervelor energetice tradiionale. Este o bul de

oxigen pentru omenire, deoarece n intervalul de

timp ctigat putem ncerca i pune la punct noitehnologii energetice.

n 2003, Consiliul Naional de Petrol din SUA

estima c America de Nord ar putea avea rezerve

de 1,1 trilioane de metri cubi de gaze de ist. nacest an, institutul Advanced Resources

International din SUA arta c de fapt acolo ar

putea fi de 50 de ori mai multe resurse.

n luna aprilie, Administraia pentru Informaii

Energetice din SUA a emis un raport potrivit

cruia, din anul 2000 ncoace, dezvoltarea

sectorului resurselor neconvenionale a relevat c

rezervele de gaze ale omenirii sunt de fapt cu

peste 40% mai mari dect se tia pn acum.

Deja, Canada a descoperit gaze de ist, adic

gaze neconvenionale, n Apalai i n Columbia

Britanic.


68/80

68

n Polonia se pare se afl cele mai mari

zcminte de gaze de ist din Europa, fiind

estimate la 5.300 de miliarde de metri cub.

Iar n Ucraina rezervele de gaz de ist se ridic

se pare la cel puin 30 de trilioane de metri cubi.

O IDEE NDRZNEA

Planeta noastr conine n interiorul ei o

cantitate uria de energie. Se presupune chiar c

mergnd ctre interiorul planetei, tot mai adnc,ajungem la zone tot mai fierbini adic la zone

vulcanice, vulcanii fiind o manifestare de suprafa

de tip supap a materiei din interiorul planetei

noastre. Cnd se acumuleaz o cantitate mult prea

mare de energie i materie, de gaze i lav

incandescent, presiunea uria suplimentar

trebuie eliminat ctre exterior, fapt ce se produce

prin nite supape, de forma unor vulcani, activi

(sau inactivi dar cu posibilitatea reactivrii lor).

Putem capta, fr a aduce daune planetei

mam pe care locuim toi, o parte din aceast

energie, cel mai simplu prin supapele-vulcani

existente. Ar fi posibile i alte metode care


69/80

69

presupun ns eforturi mult mai mari, de a ptrunde

mult mai adnc n interiorul planetei noastre pentru

a ncerca extragerea de energie din adncul ei.

Pot fi imaginate mai multe moduri de a capta o

parte din energia interioar a planetei noastre.

O modalitate simpl de exploatare a vulcanilor

pentru nclzirea apei circulate prin nite evi

speciale trecute prin zonele calde ale vulcanilor afost deja descris anterior.

O alt posibilitate ar fi transformarea cldurii

din interiorul vulcanilor direct n energie electric,

care apoi s fie captat, stocati distribuit (mult

mai simplu dect apa cald, dar i cu un randamentenergetic mult superior).

Se pot imagina i alte procedee de extragere

de energie termic sau electric din interiorul

vulcanilor.

Dei sunt foarte poluani, crbunii mai trebuie

utilizai o vreme, menajer (n sobe sau centrale

particulare) ori chiar n termocentrale mici, medi

sau mari, pentru a mai lungi viaa petrolului i a

rezervelor de gaze naturale, pn cnd vom realiza

un sistem de energii regenerabile suficient de mare

la nivel planetar.


70/80

70

Expresia conform creia fotonii de la soare se

transform n electroni, n celulele fotovoltaice sau

cum c ei ar putea produce (fabrica) electroni

liberi (dinamici) este total greit.

Ea se folosete uneori (rapid) chiar i de ctrespecialiti din domeniile respective.

n realitate fotonul lovete un atom de materie

(substan) i cedeaz n cele mai multe cazuri

toat energia sa (sau o mare parte din ea) atomuluirespectiv, reuind n cele mai multe situaii s

elibereze un electron din norul atomului respectiv.

n funcie de energia pe care o are fotonul

incidenti de tipul atomului lovit, pot avea loc mai

multe feluri de fenomene n urma ciocnirii.

Probabilitatea absorbiei fotoelectrice pe

unitatea de mas a materialului iradiat este

proporional cu E3/Z3, unde Z este numrul atomic

al materialului i E este energia fotonului incident.

n consecin absorbia fotoelectric crete


71/80

71

proporional cu cubul energiei fotonului incident i

invers proporional cu cubul numrului atomic.

Cu ct fotonul are energie mai mare iar atomii

fotovoltaicelor au mas atomic mai mic, crete

probabilitatea realizrii absorbiei totale a fotonului

incident.

Fotonul dispare i i cedeaz ntreaga sa

energie atomului lovit. De regul fotonul lovete

(interacioneaz cu) norul electronic din jurul

atomului, producnd eliberarea unui electron ce se

rotea n jurul nucleului atomic pe o anumit raz(dat de un anumit nivel cuantic).

Electronul eliberat primete toat energia

fotonului incident, o parte din ea rupnd energia de

legtur a electronului n atom, iar restul

producnd creterea energiei cinetice a

electronului eliberat.

n general mai mare este energia cinetic

adugat, cea de legtur cu atomul fiind mai

redus.

Energia de legtur a electronilor cu nucleul

atomului este de ordinul electronvolilor, i depinde

de numrul atomic Z i de numrul cuantic n.


72/80

72

Energia de legtur a unui electron pe stratul K

(cel mai apropiat de nucleu) crete cu creterea

numrului atomic Z.

Exemplu: energia de legatur a atomului de

Hidrogen pentru stratul K este de 14 eV, dar crete

la 88 keV n cazul Plumbului (i ajunge la circa 100

keV pentru metalele grele).

Locul electronului eliberat de pe un strat este

ocupat automat de un alt electron situat n atom pe

nivelul energetic imediat superior, datorit faptului

c dup pierderea unui electron atomul se excit

iar electronul situat pe nivelul energetic imediatsuperior are tendina de a tranzita ctre nivelul

energetic mai mic i mai stabil, elibernd la rndul

lui un alt nivel energetic.

Se produce o nou excitare a atomului, i

procesul continu pn cnd se ocup toate

nivelele energetice ale atomului, refcndu-se

astfel natural norul electronic al atomului

respectiv.

Ultimul loc capteaz un electron liber, din

mediu. Se reface astfel echilibrul atomului n mod

natural.


73/80

73

Electronul care a fost smuls atomului pornete

cu vitez pe o traiectorie dat de legea conservrii

impulsului (i a energiei).

Fiind mai muli electroni eliberai din atomi,

accelerai de un cmp electric (de un potenial

electric) se formeaz un curent electric.

Cum fotonii incideni din spectrul luminos vizibil(4,34*1014-6,97*1014 [Hz]), avnd energia cuprins

n domeniul (1,795-2,883 [eV]) nu ar putea rupe nici

mcar un electron al unui atom de hidrogen, fotonii

incideni trebuie s aib frecvene mai ridicate

(energii mai mari) pentru a putea rupe electroniatomici.

Sistemele clasice de panouri cu celule

fotovoltaice nu reueau, cu toate mbuntirile

realizate de-a lungul timpului, s dea un randament

considerat de 100%, la care numrul de electroni

eliberai s-l egaleze pe cel al tuturor fotonilor

incideni.

Foarte recent s-a realizat un nou sistem de

panouri fotovoltaice care reuesc s extrag cte

unul sau chiar doi electroni pentru fiecare foton


74/80

74

incident.

Se realizeaz astfel n mod efectiv mai muli

electroni (n curentul fotoelectronic produs) dect

numrul de fotoni incideni.

Mecanismul pentru producerea unei eficiene

cuantice de peste 100 la sut, cu fotoni solari, se

bazeaz pe un proces numit generaia excitonilor

multipli (MEG), prin care un singur foton de mare

energie absorbit n mod corespunztor poateproduce mai mult de un electron eliberat din

reeaua atomic (pe foton absorbit).

Omul de tiin Arthur J. Nozik a prezis pentru

prima dat ntr-o publicaie din 2001, c sistemul

MEG ar putea deveni mai eficient n industria

semiconductorilor n puncte cuantice dect n

semiconductorii vrac.


75/80

75

Punctele cuantice sunt cristale mici de

semiconductoare, cu dimensiuni n nanometri (nm)

interval de 1-20 nm, unde 1 nm este egal cu o

miliardime dintr-un metru.

La aceste dimensiuni extrem de mici, sistemul

are efecte dramatice asupra semiconductorilor

(conform teoriei fizicii cuantice).

Vezi:

http://www.sciencemag.org/content/334/6062/1530)

Pentru fotoni incideni de frecvene ridicate (cu

energii ce depesc 1MeV/foton incident) ar puteaavea loc ntr-adevr decderea fotonului ntr-o

pereche electron-pozitron (procesul invers

fenomenului de anihilare), fapt ce ar putea permite

s declarm c fotonul incident s-a transformat

ntr-un electron (i nc ceva).Dar chiar i pentru fotoni incideni de

asemenea energii ridicate, decderea estre rar,

ea putndu-se produce doar atunci cnd fotonul


76/80

76

incident pe atom trece de (strpunge) norul

electronic al atomului i lovete exact nucleul

atomului, nimerind fie un proton ori un neutron,

lovind deci un nucleon atomic; se produce aici

fenomenul de decdere al fotonului (inversul

anihilrii), perechea pozitron-electron (ce se nate

din energia fotonului incident care se transform)

cazndu-se n cadrul nucleonului respectiv, cruianu i se va schimba sarcina, dar i va crete

nesemnificativ masa.

Att efectul fotoelectric (demonstrat pentru

prima oar de Einstein) cti formarea de perechi(decderea fotonului), reprezint un fenomen de

absorbie a fotonului incident de ctre atomul lovit,

fenomen prin care fotonul incident i transfer

ntreaga sa energie atomului (echivalent unei

ciocniri plastice).

Se poate produce nsi efectul de mprtiere

a fotonului incident de ctre atomul lovit.

mprtierea fotonului incident pe un atom

poate fi de dou tipuri (coerent sau Compton).

La mprtierea coerent (Thompson) fotonul


77/80

77

emis are aceeai faz (frecven i lungime de

und) cu fotonul incident (ciocnire elastic).

La mprtierea Compton fotonul emis are

frecvena mai sczut comparativ cu fotonul

incident, i evident lungimea de und crete de la

fotonul incident la cel emis (ciocnire elasto-

plastic).

mprtierea Compton apare la interaciuneafotonului cu electronii (slab legai) de pe nivelul

periferic (de valen) al atomului.

O parte din energia fotonului incident este

utilizat pentru eliberarea unui electron de pe

straturile periferice (electron de recul, electronCompton, care preia energia pierdut de foton) iar

fotonul rmas (cu energie mai mic dect a celui

incident) este emis (mprtiat) pe o direcie diferit

de a radiaiei incidente.

Prin pierderea electronului atomul devine

ionizat pozitiv.

Deoarece energia la momentul coliziunii ntre

fotonul incidenti electronul periferic se conserv,

energia i direcia fotonului emis (mprtiat)

depinde de energia transferat electronului de

recul (devine energia cinetic a electronului).

Dac fotonul incident are energie mare

cantitatea de energie pierdut este mic, iar


78/80

78

unghiul sub care fotonul emis este mprtiat, este

mic comparativ cu direcia fotonului incident.

Dac energia fotonului incident este mic,

fotonul emis este mprtiat aproape isotropic n

toate cele trei direcii ortogonale ale spaiului.

La energii ale radiaiei X de ordinul a 1MeV

(energii utilizate n radioterapie) mprtierea

fotonilor emii este aproximativ nainte, pe direciafotonului incident.

mprtierea coerent apare cnd un foton de

mic energie excit un atom fr pierdere net de

energie (un exist energie transferat atomului).

Energia fotonului incident este redirecionat pe odirecie uor diferit (energia fotonului reemis este

egal cu a celui incident).

La energia radiaiei X utilizate n

roentgendiagnostic contribuia mprtierii

coerente la interaciunea cu materia este de aprox.

5%. Probabilitatea acestui proces crete odat cu

creterea numrului atomic al atomului implicat Z

i odat cu scderea energiei fotonului incident E.

Se poate observa faptul c din cele patru

fenomene posibile descrise, trei produc apariia de

electroni liberi, i numai unul singur, fenomenul de

mprtiere coerent (Thompson), nu genereaz

electroni liberi (nu elibereaz electroni).


79/80

79

SOS!

Dac guvernele tuturor rilor nu vor lua toate

msurile energetice necesare (n for i n mod

constant), riscm s ajungem la o criz energetic

n trepte, care s ating pe rnd diversele ri ale

planetei, cu consecine extrem de grave pentru

umanitate!


80/80

perspective energetice globale-florian petrescu color

Documents