Biomimetika

Biomimikry: Inovace inspirované přírodou v oblasti obnovitelných zdrojů energie

Využití moudrosti přírody pro udržitelná energetická řešení

Obnovitelné zdroje energie, jako je solární, větrná a mořská energie, nabízejí slibné alternativy k fosilním palivům. Zlepšení účinnosti a ekonomiky těchto technologií však zůstává zásadní výzvou. Jedním z inovativních přístupů, který získává na popularitě, je biomimikry, tedy praxe napodobování přírodních vzorů k řešení lidských problémů.

Solární energie: Inspirováno slunečnicemi a zlatým úhlem

V oblasti solární energie se výzkumníci nechávají inspirovat spirálovým uspořádáním květů u slunečnic. Tento vzor, známý jako Fermatova spirála, optimalizuje rozmístění heliostatů (zrcadel, která sledují slunce) v solárních elektrárnách s koncentrovanou energií. Napodobováním tohoto uspořádání mohou inženýři zvýšit účinnost a snížit dopad těchto elektráren na životní prostředí.

Vědci navíc zjistili, že nastavení každého heliostatu v „zlatém úhlu“ 137,5° vzhledem k jeho sousedovi minimalizuje blokování a ztráty slunečního záření. Tento postřeh inspirovaný přírodním světem dále zvyšuje výkon systémů solárních elektráren s koncentrovanou energií.

Větrná energie: Učení se ze vzorců hejn ryb

Konvenční větrné farmy využívají větrné turbíny s horizontální osou, které se otáčejí kolmo k větru. Tyto turbíny však vyžadují značné rozestupy, aby se zabránilo rušení se sousedními turbínami. Biomimikry nabízí řešení ve formě větrných turbín s vertikální osou, inspirovaných vzory hejn ryb.

Plavoucí ryby vytvářejí vzory pohybu vody, které se podobají proudění vzduchu vznikajícímu za větrnými turbínami. Místo toho, aby tyto vzory bránily sousedním rybám, umožňují jim vylepšit a koordinovat jejich plavání. Dabiriho tým na Stanfordově univerzitě použil tento princip k návrhu rozložení větrných farem, které optimalizuje získávání energie. Umístěním turbín s vertikální osou do těsné blízkosti a střídáním směrů jejich otáčení dosáhli desetinásobného zvýšení výroby energie na jednotku plochy ve srovnání s tradičními větrnými farmami s turbínami s horizontální osou.

Mořská energie: Využití síly přílivu a vln

Obrovský potenciál energie oceánu zůstává z velké části nevyužitý. Jennifer Francková z University of Wisconsin vyvinula „oscilující hydrofoils“, inspirované máváním křídel hmyzu, ptáků a netopýrů. Tato zařízení získávají energii z přílivu tím, že napodobují vzestupné a klesající pohyby těchto zvířat. Franckova studie naznačuje, že tento biomimetický design je šetrný k životnímu prostředí a může být rozšířen pro komerční aplikace.

Reza Alam z University of California v Berkeley se obrátil na neočekávanější zdroj inspirace: bahno. Zjistil, že bahno dokáže absorbovat značné množství energie z oceánských vln, zklidnit vodu a vytvořit příznivé prostředí pro mořský život. Alamův tým navrhl umělý koberec pro dno moře, který napodobuje toto chování absorbující energii, a potenciálně tak otevírá cestu novým systémům mořské energie.

Výzvy a příležitosti bio-inspirované obnovitelné energie

Zatímco biomimikry slibují velký pokrok v technologiích obnovitelné energie, jejich komercializace čelí několika výzvám. Absence standardizovaných zkušebních zařízení pro zařízení mořské energie a vysoké náklady spojené s vývojem hardwaru představují významné překážky. Kromě toho zůstává pro jakoukoli technologii čisté energie důležitou úvahou přežití v náročných prostředích a dopad na životní prostředí.

Navzdory těmto výzvám jsou potenciální výhody bio-inspirované obnovitelné energie přesvědčivé. Využitím moudrosti přírody můžeme vyvíjet účinnější, cenově dostupnější a udržitelnější energetická řešení pro budoucnost.