¿Por qué no podemos aprovechar la energía del rayo?

Es muy interesante que algunas de las respuestas dicen que hay una gran carga para impulsar el mundo, y algunas dicen que solo es suficiente durante unos segundos para una ciudad.
A partir de cálculos de carga puramente eléctricos:

1. Cada rayo tiene en promedio (como una respuesta ya sugiere con precisión) solo 5 mil millones de julios, lo que equivale a solo alrededor de 1,400 kWh de energía si asumimos una pérdida cero en la transferencia y el almacenamiento. Convertido a unidades de energía eléctrica con las que estamos familiarizados y usamos diariamente (medidor de electricidad doméstico).

2. Los rayos durante más de un año son alrededor de 1.400 millones, y de ellos, solo alrededor del 25% son en realidad ataques a tierra, ya que la mayoría (75%) son intra-nube y nube-nube, y no pueden aprovecharse. Eso deja solo 350 millones de rayos que posiblemente podrían aprovecharse. Además, suponiendo que se aproveche al 100% todos los golpes de rayos, sin pérdida de captura, transferencia y almacenamiento, eso es 490,000,000,000 kWh / año.

3. En 2009, el mundo usó alrededor de 20,279,640,000,000 kWh. Más de 40 veces la energía eléctrica que contienen todos los ataques terrestres hipotéticamente aprovechables. ¡Así que básicamente todos los rayos que podemos capturar en un año le darán al mundo suficiente electricidad por solo 9 días! Esa es una estimación relativamente precisa de toda la potencia disponible a través de los rayos en todo el mundo.

¡Nada lo suficientemente cerca como para ser factible o incluso útil! Eso debería ser suficiente para la respuesta de por qué no lo hacemos.

¡Pero hay más!

Si quieres ver cuánto costaría hacer eso:

Para capturar todos y cada uno de los rayos (solo golpes de tierra) probablemente tendríamos que colocar torres extremadamente altas (piense en la torre Eiffel) a una milla de distancia en una formación de cuadrícula que cubra todo el globo. Sí, en todo el mundo se producen tantas huelgas en los océanos y mares. Esa es una torre para cada una de las casi 200,000,000 millas cuadradas de la superficie terrestre.

El equipo para capturar la energía eléctrica en un ataque tendría que manejar la cantidad extrema de carga en solo alrededor de 30 milisegundos, (duración aproximada de un ataque de iluminación). Para manejar ese tipo de energía instantánea, se necesitarían varillas de conducción pesadas y con circuitos eléctricos ultra pesados ​​y supercondensadores de almacenamiento que pudieran capturar cualquiera de esa energía en ese período de tiempo.
Aunque todavía no tenemos esa tecnología en el almacenamiento de energía eléctrica, supongamos que sí, y también supongamos que el sistema de energía es 100% eficiente (entendiendo que la mayoría de los sistemas eléctricos cuando funcionan de manera óptima son menos del 70-80% de eficiencia en el mejor de los casos) ), entonces podemos imaginar (sacar del aire aquí) el costo de cada torre y almacenamiento de circuitos eléctricos sería de alrededor de US $ 500,000 (conservadoramente bajo, adivinando la producción en masa y procedimientos de fabricación eficientes). Eso es solo US $ 100 TRILLONES solo para el equipo terrestre, es decir, sin dispositivo de flotación para versiones marítimas y oceánicas. Sin mencionar los costos de instalación y el mantenimiento regular, así como la red de cables que conecta todas las torres juntas, y los estragos que causarán con el tráfico aéreo … ¡Más dinero que el mundo!

Espera … Creo que la explicación fue lo suficientemente clara a mitad de la página.

¡No, no es factible!

Para responder con mayor precisión su pregunta:
Sí, probablemente podríamos, y no, no sería muy útil para satisfacer nuestras necesidades de energía.

En comparación, ¡una hora de luz solar tiene la misma cantidad de energía que usamos en un año! Tenemos mucha más energía disponible del sol y solo necesitamos nuestros tejados para acumular todo lo que necesitamos. Especialmente con los avances y mejoras que se realizan con la eficiencia del panel solar.

Ahora haga la pregunta, “¿Por qué no hemos cubierto todos los tejados con paneles solares?”

Echa un vistazo a este enlace de Wikipedia.

Recolectando energía del rayo

Según Martin A. Uman, codirector del Laboratorio de Investigación de Rayos de la Universidad de Florida y una autoridad líder en rayos, [8] un solo rayo, aunque rápido y brillante, contiene muy poca energía y docenas de torres de rayos como los utilizados en el sistema probado por AEHI, serían necesarios para operar cinco bombillas de 100 vatios durante un año. Cuando fue entrevistado por The New York Times , declaró que la energía en una tormenta eléctrica es comparable a la de una bomba atómica, pero tratar de cosechar la energía de los rayos del suelo es “inútil”. [7]

De hecho, es posible hacer exactamente eso, almacenar energía de los rayos para su uso posterior. Los problemas vienen en los detalles, y si puede pensar en una buena manera de hacerlo, puede hacerse rico o famoso o al menos hacer una pequeña cantidad para ayudar a suministrar energía a la gente que le gusta usar. Dicho esto, de todos modos puede que no haya mucha energía recuperable en los rayos, pero al menos vale la pena especular.

Estos son algunos de los detalles problemáticos:

  1. La mayoría de los lugares reciben rayos con poca frecuencia, pero tienen una demanda constante de energía eléctrica. Cuanto más pequeña sea el área que miras, menos impactos de rayos alcanzarán dentro de esa área por unidad de tiempo. Si construyes algún tipo de dispositivo, debe ser lo suficientemente grande como para ser alcanzado por suficientes rayos para suministrar la energía deseada. Si se ve afectado una vez cada diez años más o menos, podría estar esperando mucho tiempo el retorno de su inversión. Los dispositivos más grandes cuestan más.
  2. Los rayos tienen un alto voltaje pero no una gran cantidad de corriente. Las fuentes controladas de energía eléctrica generalmente quieren lo contrario: mucha corriente a voltajes más bajos. 120VAC es lo que los consumidores pueden usar, y quieren un suministro constante de la misma. El voltaje y la fase no deben derivar con el tiempo. Los rayos pueden darle decenas de miles de voltios en unos pocos milisegundos y luego desaparecer por el resto del día. El rayo puede dañar el equipo y aún no tener tanta energía como nos gustaría usar. El problema es que la energía se deposita de una vez, en lugar de extenderse con el tiempo.
  3. Gran parte de la energía de la descarga del rayo se destina a calentar el aire y hacer que brille. La energía disponible en el suelo es solo la cantidad de energía requerida para que los electrones entren o salgan de la superficie del suelo.

Dicho esto, hay algunas cosas que podría hacer para recolectar energía de la electricidad atmosférica que no impliquen la atracción de rayos. Un pararrayos alto con una punta afilada tendrá una pequeña corriente que fluye desde su punta, y una más grande durante una tormenta. Hay un campo eléctrico constante de 100 voltios por metro en la atmósfera que mantienen las tormentas eléctricas del mundo. Dado que el aire es un aislante no muy malo cuando no está sufriendo una falla eléctrica, es difícil hacer un circuito completo del que pueda extraer energía. Un objeto conductor (como una persona o un rascacielos) modifica fácilmente el campo eléctrico en su vecindad.

En 2007, una compañía llamada Alternative Energy Holdings intentó hacerlo realidad, con un diseño que involucraba una torre, cables de conexión a tierra y un condensador. Pero, el CEO Donald Gillispie le dijo al New York Times:

Francamente, simplemente no pudimos hacerlo funcionar … Dado el tiempo y el dinero suficientes, probablemente podría ampliar esto. No es magia negra; es realmente matemática y ciencia, y podría suceder.

Fuentes:

  • Preguntas y respuestas: almacenamiento de energía de los rayos
  • HowStuffWorks “¿Podemos cosechar la energía del rayo?”

Como se señaló en otras respuestas, obtener energía de los rayos no es práctico por muchas razones. Además, aunque un solo rayo parece tener mucha energía, su energía en comparación con la tormenta que lo produce es casi trivial: menos del 1% de la energía de los procesos puramente atmosféricos. En términos de energía, los rayos son un “espectáculo secundario” menor en una tormenta eléctrica.

Recolectando energía del rayo

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