Eine unerwartete Klimalösung

Nicholas Witham ist der Gewinner des ersten Platzes des Wilkes Center Student Innovation Prize, der Anfang dieses Monats an der University of Utah verliehen wurde. Im Rahmen des Wettbewerbs wurden Studierende aufgefordert, kreative Lösungen zur Bewältigung der Klimakrise vorzuschlagen und Präsentationen zu halten, in denen deren potenzielle Auswirkungen, Vorteile und Praktikabilität detailliert beschrieben werden. Drei weitere Preise, einer für den zweiten Platz und zwei für den dritten Platz, wurden ebenfalls während des ersten Wilkes-Klimagipfels am 17. und 18. Mai an der U-Bahn verliehen.

Als Doktorand an der U arbeitet Witham derzeit an seiner Doktorarbeit. Er studierte Biomedizintechnik und leitete gleichzeitig sein Unternehmen Gaia Technologies, das prothetische Komponenten herstellt. Für den Wilkes Center Student Innovation Prize entwarf er einen innovativen erneuerbaren Stromgenerator, der auf natürlichen Schwankungen der Erdtemperatur basiert.

„Der von mir entworfene Generatortyp arbeitet mit thermomotorischen künstlichen Muskeln“, sagte er. „Das bedeutet, dass sie sich zusammenziehen, wenn man sie erhitzt. Jeden Tag wird die Erde heißer und kälter, wodurch sie sich bewegen, und sie können eine Turbine antreiben und so Strom erzeugen. Das Tolle daran ist, dass durch Kühlung auch Strom erzeugt wird, also Sie.“ kann Tag und Nacht Energie erzeugen.

BILDNACHWEIS: Todd Anderson

Nicholas Witham, Doktorand in Biomedizintechnik.

Dieses Potenzial für die Stromerzeugung rund um die Uhr könnte dazu beitragen, die Energielücke zu schließen, die bei erneuerbaren Energiequellen häufig auftritt.

Einer der ersten Orte, an denen Witham seine Generatoren einsetzen möchte, ist Süd-Utah, wo der Temperaturwechsel von Tag zu Nacht zehn Monate im Jahr ideal für diese Technologie ist. Auch wenn die Generatoren aufgrund natürlicher Temperaturschwankungen manchmal nicht funktionieren, glaubt Witham, dass sie als Ergänzung zu bestehenden erneuerbaren Energien wie Solar- und Geothermieenergie genutzt werden könnten.

„Sie können hocheffiziente Erdwärmepumpen verwenden, um sie zu betreiben, ohne dass eine durch die Umgebung verursachte Temperaturänderung erforderlich ist. Die überschüssige Wärme, die sie verschwenden, dreht keine Turbine, sondern kühlt einfach ab, bevor sie sie zurück in die Erde pumpt – wir.“ „Wir könnten damit die Energieausbeute unserer Generatoren verzehnfachen“, sagte er.

Tatsächlich kann die Installation dieser Generatoren in bereits bestehenden Geothermieanlagen oder Solarparks die idealste Option sein, um die Effizienz und Kosten dieser Standorte zu maximieren.

„Ich habe die Zahlen durchgesehen und glaube, dass dies eine Lösung sein könnte, die weniger kosten könnte als Solarenergie, und dass man sie vertikal skalieren kann“, erklärte Witham. „Sie könnten also die vorhandene Solarinfrastruktur nutzen, die Solarmodule oben platzieren und jedes Mal, wenn Sie in den Standort reinvestieren möchten, ohne neue Stromleitungen dorthin verlegen zu müssen, können Sie sie einfach höher stapeln.“

Der Generator ist nicht nur eine potenziell leistungsstarke Form erneuerbarer Energie, sondern integriert auch die Kohlenstoffabscheidung in seine Konstruktion. „Das sind Polymertextilien. Sie bestehen also aus einem Kunststoff namens lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), einer Art Kunststoff, der biologisch gewonnen werden kann. Das bedeutet, dass man Maisschalen verwenden kann, um diesen Kunststoff als Kunststoff herzustellen.“ indirekte Form der Kohlenstoffabscheidung. Jedes Kilogramm LLDPE bindet 3 Kilogramm Kohlenstoff.“

Witham hat die Umweltauswirkungen dieser Generatoren sorgfältig geprüft und sichergestellt, dass sie zur CO2-Sequestrierung beitragen, anstatt mehr Abfall zu erzeugen. „Bei der Stilllegung von Solarpaneelen entsteht beispielsweise ziemlich viel Elektroschrott. Dieses System ist so konzipiert, dass es umweltschonend recycelt und stillgelegt werden kann“, sagte er.

Witham plant, den gesamten Generator in einem Schiffscontainer unterzubringen, und er schätzt, dass einer dieser Generatoren bei minimalem Wartungsaufwand voraussichtlich über 25 Jahre halten wird. Aufgrund ihrer eigenständigen Natur sind die Auswirkungen und Auswirkungen dieser Einheiten auf die Umgebung sehr gering.

„Es handelt sich im Wesentlichen um eine große Black Box, die wir mitten in der Wüste aufstellen wollen. Ich habe diesbezüglich das örtliche EPA-Büro kontaktiert, um zu sehen, ob mir etwas fehlte, und sie hatten keine wirklichen Bedenken. Weil wir es aufstellen.“ „In einer Box wäre jegliches Mikroplastik enthalten, das durch katastrophales Scheren oder Brechen der Textilien entstehen könnte“, erklärte er.

BILDNACHWEIS: Nicholas Witham

Textiler künstlicher Muskel im thermomechanischen Versuchsaufbau.

Laut Witham ist die Möglichkeit, diese Geräte in städtischen Gebieten zu integrieren, möglicherweise auf Mehrfamilienhäuser oder Wolkenkratzer beschränkt. „Ich glaube nicht, dass irgendjemand wirklich einen Teil seines Grundstücks in der Größe eines Schiffscontainers für die Stromerzeugung nutzen möchte“, scherzte er. Das Gewicht dieser Container schränkt auch ihre Möglichkeit ein, auf Gebäuden platziert zu werden, da jede Einheit etwa 18 Tonnen wiegt. Es besteht jedoch die Möglichkeit, sie unter Gebäuden zu integrieren. „Sie können es durchaus unterirdisch verlegen, wenn Sie ein Wärmepumpen-HLK-System zur Regelung haben, aber das wäre etwas weniger effizient.“ Obwohl die Generatoren in der von Witham geplanten abgelegenen Wüstenumgebung nicht so gut funktionieren würden, besteht dennoch die Möglichkeit einer städtischen Einbindung.

Mit einem Preisgeld von 20.000 US-Dollar aus dem Wilkes Center Student Innovation Prize ist Witham der Umsetzung seines Entwurfs in vollem Umfang einen Schritt näher gekommen. Sein Labor verfügt bereits über die Kapazitäten zur Massenproduktion der notwendigen künstlichen Muskeltechnologie, sodass bald ein Prototyp folgen wird.

„Wir gehen davon aus, dass wir einen 9-Megawattstunden-Generator im großen Maßstab herstellen können, um ihn im Feld zu testen. Von dort aus könnten wir ein Generatorfeld bauen, genau wie man es für ein Solarfeld sehen würde. Und dann mit einer Verdoppelung über 2,4 Jahre.“ In der für erneuerbare Energien in diesem Bereich typischen Zeitspanne würde das bedeuten, dass wir bis 2050 insgesamt 15 Millionen Tonnen CO2 gebunden und ausgeglichen hätten.“ Withams Überlegungen zu Nachhaltigkeit, möglicher Skalierung und Zusammenarbeit mit anderen erneuerbaren Energien machen seinen Entwurf sowohl praktisch als auch effektiv als Klimalösung.

BILDNACHWEIS: Todd Anderson

Nicholas Witham präsentiert seine preisgekrönte Forschung im Wilkes Center for Climate Science & Policy.

Die Jury des Wilkes Center Student Innovation Prize war eindeutig dieser Meinung. Withams Design ist eine einzigartige und beeindruckende Verschmelzung erneuerbarer Energien mit bereits existierenden biomedizinischen Technologien und zeigt, dass die Natur von Klimalösungen wahrscheinlich interdisziplinär sein wird. Witham scherzt, dass er seiner Idee, seine biomedizinische Arbeit in eine erneuerbare Energiequelle zu integrieren, eine schlaflose Nacht bei der Arbeit zu verdanken habe.

„Ich hatte eine schlaflose Nacht im Labor, wie man es als Doktorand macht“, sagte Nicholas Witham, „und ich habe die Zahlen durchgerechnet, weil ich dachte: ‚Hey, die Erde erwärmt sich!‘ Ich habe alle Punkte verstanden, weil wir eine Art Kunststoff verwenden, der viel energieeffizienter ist und normalerweise nicht für diese künstlichen Muskeln verwendet wird. Und diese Energieeffizienz hat dieser Idee wirklich ihre Berechtigung verliehen.“

Withams kreative Anwendung der biomedizinischen Technik zeigt, dass die wirkungsvollsten Klimalösungen von unerwarteten Orten kommen können und dass kein Wissenszweig zu isoliert ist, um Wirkung zu erzielen. Sein beeindruckendes Design steht neben Dutzenden anderer Projekte kreativer und engagierter Studenten, die sich dieser Innovationsherausforderung gestellt haben. Mit Preisen wie diesem weist das Wilkes Center for Climate Science and Policy den Weg zur Schaffung eines leistungsstarken Forums für interdisziplinäre Klimalösungen und Zusammenarbeit, das für die Bewältigung eines vielschichtigen Problems wie des Klimawandels unerlässlich ist.

Die Originalgeschichte finden Sie am College of Science.