Obrovská energia oceánu by mohla byť sprístupnená pomocou zvuku

Oceánske vlny sa už dlho považujú za zdroje obnoviteľnej energie s obrovským potenciálom. Odhaduje sa, že vlny na celom svete produkujú 50 až 80 biliónov wattov energie, čo je takmer dvoj- až trojnásobok súčasnej ročnej svetovej spotreby energie. Mnohé zariadenia boli navrhnuté tak, aby zachytávali a premieňali kinetickú energiu vĺn na elektrickú energiu, ale dnešné technológie čelia výzvam v oblasti účinnosti, najmä v hlbších vodách. Výsledkom je, že tento spôsob sa ešte neujal ako obnoviteľný zdroj rovnakým spôsobom ako veterná a solárna energia.

Jeden spôsob, ako tento problém vyriešiť, spočíva v interakcii medzi dvoma typmi vĺn: tými na povrchu oceánu a tými, ktoré sa nachádzajú pod vodou. Výskumný tím publikoval dokument, ktorý demonštruje, ako možno použiť podvodné zvukové vlny na zosilnenie povrchových vĺn, čo z nich môže urobiť životaschopnejší zdroj energie. Rovnaké poznatky by sa mohli použiť aj na zníženie rizík cunami ich zmenšením.

Vlny na povrchu oceánu sú často vytvárané kombináciou vetra, ktorý zdvíha vodu, a gravitácie, ktorá ju ťahá späť nadol. Preto sa niekedy nazývajú povrchové gravitačné vlny. Ich podvodnými náprotivkami sú zvukové vlny produkované javmi, ako sú zemetrasenia alebo sopečné erupcie, niekedy aj tisíce metrov pod povrchom. Tieto akustické vlny sa šíria stláčaním a rozpínaním vody podobne ako zvuk vo vzduchu.

Prekonávajú veľké vzdialenosti rýchlosťou zvuku vo vode (približne 1500 metrov za sekundu) a nakoniec sa rozptýlia. Povrchové vlny sa pohybujú oveľa nižšími rýchlosťami, rádovo v desiatkach metrov za sekundu. V klasickej teórii vodných vĺn sa tieto dva typy vĺn považujú za samostatné entity. Možnosť ich vzájomnej interakcie sa objavila až na základe výskumnej práce z roku 2013, ktorá podnietila vedcov k výskumu javu známeho ako rezonancia triády.

V tomto prípade dve akustické vlny prenášajú energiu na povrchovú vlnu tak, že prispôsobia jej frekvenciu, čo následne spôsobí, že povrchová vlna sa zväčší a zosilnie (zväčší sa jej amplitúda). To otvára možnosť použiť generátor akustických vĺn na generovanie zvukových vĺn naladených na určitú veľkosť a frekvenciu, ktoré by zosilnili (alebo aj potlačili) povrchové vlny.

Posilnené vlny by umožnili dnešným vlnovým turbínam a oscilujúcim vodným stĺpom (ktoré využívajú silu vĺn na pretláčanie vzduchu cez turbínu) produkovať viac elektriny, čím by sa vyriešil problém ich účinnosti. Hlavnou požiadavkou by bol generátor akustických vĺn, ktorý by sa dal jemne vyladiť v požadovanom rozsahu. Zistenia výskumu ukazujú, že rezonancia triády môže zvýšiť výšku povrchových vĺn o viac ako 30 %. Generátor by, samozrejme, vyžadoval energiu, hoci by mohol byť poháňaný aj vlnami.

Ďalšou výzvou je vývoj metódy na efektívne využitie akustickej energie, aby sa zabezpečilo čo najmenšie plytvanie energiou. Výskumný tím plánuje vytvoriť ďalšie simulácie a vykonať sériu malých laboratórnych experimentov zameraných na to, ako funguje rezonancia triády v praxi. Mechanizmus rezonancie bol potvrdený počas zemetrasenia na ostrove Tonga a cunami v roku 2022, čo naznačuje, že pomocou tejto techniky by zrejme bolo možné kontrolovať veľkosť cunami.

Generovanie a nasmerovanie akustických vĺn vo veľkej mierke v reálnych situáciách je však zložité a vyžaduje silnejšie generátory akustických vĺn, než aké sa používajú na energiu vĺn. Vyžadovali by sa znalosti o vlastnostiach cunami v reálnom čase, pretože nesprávne konfigurácie by mohli ešte zväčšiť veľkosť vlny. Okrem toho môžu akustické vlny pomôcť zmierniť cunami ich monitorovaním a analýzou spolu so súčasnými predikčnými technológiami, ako sú oceánske bóje a seizmometre.

Seizmometre sledujú predovšetkým zemetrasenia, zatiaľ čo bóje často zlyhávajú v drsných podmienkach a pomaly varujú pred cunami, ktoré sa v hlbokom oceáne môžu pohybovať rýchlo. Používanie hydrofónov na meranie akustických vĺn spôsobených udalosťami, ktoré vyvolávajú cunami, by mohlo účinne pokryť vysoko rizikové oblasti a zachrániť životy, čo by prispelo k cieľom odolných pobrežných miest do roku 2030.

Zdroj: theconversation.com.

^{Zdroj Foto: depositphotos.com.}