Energija se u tom procesu pohranjuje u molekulima ATP-a. Opskrbljivanje ćelija energijom

Kako se tačno pohranjuje energija u ATP(adenozin trifosfat), a kako se daje da se obavi neki koristan posao? Čini se nevjerovatno kompliciranim da neka apstraktna energija odjednom dobije materijalni nosač u obliku molekule smještene unutar živih stanica, i da se može osloboditi ne u obliku topline (što je manje-više jasno), već u obliku stvaranje drugog molekula. Obično se autori udžbenika ograničavaju na frazu „energija se pohranjuje u obliku visokoenergetske veze između dijelova molekula, i daje se kada se ta veza prekine, obavljajući koristan posao“, ali to ništa ne objašnjava.

Najopćenitije rečeno, ove manipulacije molekulama i energijom odvijaju se na sljedeći način: prvo. Ili se stvaraju u hloroplastima u lancu sličnih reakcija. Time se troši energija dobivena kontroliranim sagorijevanjem nutrijenata unutar mitohondrija ili energija fotona sunčeve svjetlosti koji padaju na molekul hlorofila. Zatim se ATP isporučuje na ona mjesta u ćeliji gdje treba obaviti neki posao. A kada se jedna ili dvije fosfatne grupe odvoje od njega, oslobađa se energija koja obavlja ovaj posao. Istovremeno, ATP se raspada na dva molekula: ako se odcijepi samo jedna fosfatna grupa, tada se ATP pretvara u ADP(adenozin DIfosfat, koji se od adenozin TRIfosfata razlikuje samo po odsustvu veoma odvojene fosfatne grupe). Ako ATP odustane od dvije fosfatne grupe odjednom, tada se oslobađa više energije, a od ATP-a ostaje adenozin MONOfosfat ( AMF).

Očigledno, ćelija treba da izvrši obrnuti proces, pretvarajući ADP ili AMP molekule u ATP, kako bi se ciklus mogao ponoviti. Ali ovi „prazni“ molekuli mogu lako plivati ​​pored fosfata koji im nedostaju za pretvorbu u ATP i nikada se s njima ne ujediniti, jer je takva reakcija udruživanja energetski nepovoljna.

Koja je "energetska korist" hemijske reakcije prilično je jednostavno razumjeti ako znate drugi zakon termodinamike: u svemiru ili u bilo kom sistemu izolovanom od ostalih, poremećaj može samo rasti. Odnosno, složeno organizirani molekuli koji sjede u ćeliji urednim redoslijedom, u skladu s ovim zakonom, mogu se samo uništiti, formirajući manje molekule ili se čak raspadati na pojedinačne atome, jer će tada red biti osjetno manji. Da biste razumjeli ovu ideju, možete uporediti složeni molekul sa avionom sastavljenim od Lego-a. Tada će se mali molekuli na koje se kompleksni raspada povezati s pojedinim dijelovima ove letjelice, a atomi sa pojedinačnim Lego kockicama. Gledajući uredno složen avion i upoređujući ga sa zbrkom dijelova, postaje jasno zašto složeni molekuli sadrže više reda od malih.

Takva reakcija raspada (molekula, a ne letelice) biće energetski povoljna, što znači da se može sprovesti spontano, a energija će se oslobađati tokom raspada. Iako će, u stvari, cepanje aviona biti energetski korisno: uprkos činjenici da se sami delovi neće odvojiti jedan od drugog i spoljna sila u obliku klinca koji želi da iskoristi ove delove za nešto drugo moraće da nadimajući se nad njihovim odvajanjem, on će potrošiti energiju stečenu jedenjem visoko naređene hrane da pretvori avion u haotičnu gomilu dijelova. I što su dijelovi čvršće spojeni, to će se potrošiti više energije, uključujući i oslobađanje u obliku topline. Zaključak: komad punđe (izvor energije) i avion se pretvaraju u haotičnu masu, molekuli zraka oko djeteta se zagrijavaju (i samim tim se kreću nasumičnije) - više je haosa, odnosno cijepanje aviona je energetski blagotvorno.

Sumirajući, možemo formulirati sljedeća pravila, slijedeći iz drugog zakona termodinamike:

1. Sa smanjenjem količine reda oslobađa se energija, javljaju se energetski povoljne reakcije

2. Sa povećanjem količine narudžbe, energija se apsorbira, javljaju se reakcije koje troše energiju

Na prvi pogled, ovo neizbježno kretanje od reda ka haosu onemogućuje preokret procesa, kao što je izgradnja jednog oplođenog jajeta i molekula hranjivih tvari koje apsorbira majka krava, što je nesumnjivo vrlo uređeno u usporedbi sa teletom sa žvakanom travom.

Ali ipak, to se dešava, a razlog tome je to što živi organizmi imaju jednu osobinu koja im omogućava da podrže želju Univerzuma za entropijom i da izgrade sebe i svoje potomstvo: oni kombinuju dvije reakcije u jedan proces, od kojih je jedna energetski povoljna, a druga energetski intenzivna. Takvom kombinacijom dvije reakcije moguće je osigurati da energija oslobođena tijekom prve reakcije više nego pokriva troškove energije druge. U primjeru sa avionom, odvojeno rastavljanje troši energiju, a bez vanjskog izvora energije u obliku punđe uništene dječakovim metabolizmom, avion bi stajao zauvijek.

To je kao da idete nizbrdo na sankama: prvo, osoba, dok jede hranu, skladišti energiju dobijenu kao rezultat energetski povoljnih procesa cijepanja visoko uređene kokoške na molekule i atome u svom tijelu. I onda troši ovu energiju, vukući sanke uz planinu. Pomicanje saonica od dna ka vrhu energetski je nepovoljno, tako da se nikada neće spontano otkotrljati, za to je potrebna neka vrsta energije treće strane. A ako energija dobijena jedenjem piletine nije dovoljna za savladavanje uspona, tada se proces "skotrljanja niz planinu na sankama" neće dogoditi.

To su reakcije koje troše energiju ( reakcija koja troši energiju ) povećati količinu reda apsorbirajući energiju oslobođenu u spregnutoj reakciji. A ravnoteža između oslobađanja i potrošnje energije u ovim spregnutim reakcijama uvijek mora biti pozitivna, odnosno njihova kombinacija će povećati količinu haosa. Primjer povećanja entropija(poremećaj) ( entropija[‘entrəpɪ]) je oslobađanje toplote tokom reakcije davanja energije ( reakcija snabdevanja energijom): čestice supstance koje se nalaze u blizini reagiranih molekula primaju energetske udare od reagujućih, počinju da se kreću brže i haotičnije, gurajući zauzvrat druge molekule i atome ove i susednih supstanci.

Ponovo se vraćamo na dobijanje energije iz hrane: komad Banoffee pite je mnogo više naručen od rezultirajuće mase za žvakanje koja je ušla u želudac. Koja se pak sastoji od većih, uređenijih molekula od onih na koje će ga crijeva podijeliti. A oni će zauzvrat biti dostavljeni ćelijama tijela, gdje će se pojedinačni atomi, pa čak i elektroni otkinuti od njih... I u svakoj fazi povećanja haosa u jednom komadu kolača, energija će biti oslobođeni, koje će organi i organele sretnog jedeća zarobiti, pohranjujući ga u obliku ATP-a (koji troši energiju), omogućavajući izgradnju novih potrebnih molekula (koji troše energiju) ili zagrijavanje tijela (također energije- konzumiranje). Kao rezultat toga, manje je reda u sistemu „čovjek – Banoffee Pie – Univerzum“ (zbog uništavanja kolača i oslobađanja toplotne energije od strane organela koje ga obrađuju), ali u jednom ljudskom tijelu sreća ima postaju uređeniji (zbog pojave novih molekula, dijelova organela i cijelih ćelijskih organa).

Ako se vratimo na molekulu ATP-a, nakon sve ove termodinamičke digresije, postaje jasno da je njeno stvaranje iz sastavni dijelovi(manje molekule) potrebno je potrošiti energiju dobijenu iz energetski povoljnih reakcija. Jedan način za njegovo stvaranje je detaljno opisan, drugi (veoma sličan) se koristi u hloroplastima, gdje se umjesto energije protonskog gradijenta koristi energija fotona koje emituje Sunce.

Postoje tri grupe reakcija koje proizvode ATP (pogledajte dijagram desno):

• razgradnjom glukoze i masnih kiselina u velike molekule u citoplazmi već je moguće dobiti određenu količinu ATP-a (mala, za jednu molekulu glukoze podijeljenu u ovoj fazi dobijaju se samo 2 ATP molekula). Ali glavni cilj ove faze je stvaranje molekula koji se koriste u mitohondrijskom respiratornom lancu.
• daljnje cijepanje molekula dobijenih u prethodnoj fazi Krebsovog ciklusa, koje se javlja u mitohondrijskom matriksu, daje samo jedan ATP molekul, njegov glavni cilj je isti kao u prethodnom paragrafu.
• konačno, molekule nakupljene u prethodnim fazama koriste se u respiratornom lancu mitohondrija za proizvodnju ATP-a, a ovdje se mnogo toga oslobađa (više o tome u nastavku).

Ako sve ovo detaljnije opišemo, gledajući iste reakcije u smislu proizvodnje i potrošnje energije, dobijamo ovo:

0. Molekuli hrane se lagano sagorevaju (oksidiraju) u primarnoj razgradnji koja se javlja u citoplazmi ćelije, kao iu lancu hemijske reakcije pod nazivom "Krebsov ciklus", koji se odvija već u matriksu mitohondrija - za proizvodnju energije deo pripremne faze.

Kao rezultat konjugacije sa ovim energetski povoljnim reakcijama drugih, već energetski nepovoljnih reakcija stvaranja novih molekula, nastaju 2 molekule ATP-a i nekoliko molekula drugih supstanci - troši energiju deo pripremne faze. Ove koformirajuće molekule su nosioci elektrona visoke energije koji će se koristiti u mitohondrijskom respiratornom lancu u sljedećoj fazi.

1. Na membranama mitohondrija, bakterija i nekih arhea dolazi do energetskog odvajanja protona i elektrona od molekula dobijenih u prethodnoj fazi (ali ne i od ATP-a). Prolaz elektrona kroz komplekse respiratornog lanca (I, III i IV na dijagramu lijevo) prikazan je žutim vijugavim strelicama, a prolaz kroz ove komplekse (a samim tim i kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu) protona prikazan je sa crvene strelice.

Zašto se elektroni ne mogu jednostavno odvojiti od molekula nosača pomoću snažnog oksidacijskog sredstva, kisika, a oslobođena energija se može iskoristiti? Zašto ih prenositi iz jednog kompleksa u drugi, jer na kraju dolaze do istog kiseonika? Ispostavilo se da je veća razlika u sposobnosti privlačenja elektrona u davanju elektrona ( redukciono sredstvo) i prikupljanje elektrona ( oksidaciono sredstvo) molekule uključene u reakciju prijenosa elektrona, to se više energije oslobađa tijekom ove reakcije.

Razlika u ovoj sposobnosti molekula nosača elektrona i kiseonika nastalih u Krebsovom ciklusu je tolika da bi energija oslobođena u ovom slučaju bila dovoljna za sintezu nekoliko ATP molekula. Ali zbog tako oštrog pada energije sistema, ova reakcija bi se odvijala gotovo eksplozivnom snagom, a gotovo sva energija bi se oslobodila u obliku neuhvaćene topline, odnosno, u stvari, potrošena.

Žive ćelije, s druge strane, dijele ovu reakciju u nekoliko malih faza, prvo prenoseći elektrone sa slabo atraktivnih molekula nosača na malo atraktivniji prvi kompleks u respiratornom lancu, od njega na još uvijek nešto privlačniji. ubikinon(ili koenzim Q-10), čiji je zadatak da povuče elektrone do sledećeg, još malo jačeg privlačenja respiratornog kompleksa, koji svoj deo energije prima iz ove neuspele eksplozije, puštajući ga da pumpa protone kroz membranu.. I tako sve dok se elektroni konačno ne sretnu sa kiseonikom, privučeni njime, hvatajući par protona, a ne formiraju molekul vode. Takva podjela jedne snažne reakcije na male korake omogućava da se gotovo polovina korisne energije usmjeri na obavljanje korisnog rada: u ovom slučaju na stvaranje protonski elektrohemijski gradijent o čemu će biti reči u drugom paragrafu.

Kako tačno energija prenesenih elektrona pomaže u spregnutoj reakciji pumpanja protona kroz membranu koja troši energiju, tek počinje da se otkriva. Najvjerovatnije prisustvo električno nabijene čestice (elektrona) utiče na konfiguraciju mjesta u proteinu ugrađenog u membranu gdje se nalazi: tako da ova promjena provocira da se proton uvuče u protein i krene kroz proteinski kanal. u membrani. Važno je da se, zapravo, energija dobijena kao rezultat odvajanja visokoenergetskih elektrona od molekula nosača i njihovog konačnog transfera na kiseonik pohranjuje u obliku protonskog gradijenta.

2. Energija protona akumulirana kao rezultat događaja iz točke 1 na vanjskoj strani membrane i koja teži da stigne na unutrašnju stranu sastoji se od dvije jednosmjerne sile:

• električni(pozitivni naboj protona teži da ode do mjesta nakupljanja negativnih naboja na drugoj strani membrane) i
• hemijski(kao i u slučaju bilo koje druge materije, protoni pokušavaju da se ravnomerno rasprše u prostoru, šireći se od mesta sa njihovom velikom koncentracijom do mesta gde ih ima malo)

Električno privlačenje protona na negativnu stranu unutrašnje membrane mnogo je snažnije od tendencije protona da se pomaknu na mjesto niže koncentracije zbog razlike u koncentraciji protona (to je označeno širinom strelica na dijagramu gore). Kombinovana energija ovih pokretačkih sila je toliko velika da je dovoljna da pomeri protone unutar membrane i da pokrene prateću reakciju koja troši energiju: stvaranje ATP-a iz ADP-a i fosfata.

Razmotrimo detaljnije zašto je za to potrebna energija i kako se tačno energija aspiracije protona pretvara u energiju hemijske veze između dva dela ATP molekula.

Molekul ADP (na dijagramu desno) ne želi da dobije drugu fosfatnu grupu: atom kiseonika na koji se ova grupa može vezati nabijen je jednako negativno kao i fosfat, što znači da se odbijaju. Generalno, ADP neće reagovati, hemijski je pasivan. Fosfat, pak, ima svoj atom kisika vezan za taj atom fosfora, koji bi mogao postati mjesto veze između fosfata i ADP-a prilikom stvaranja ATP molekula, tako da ni on ne može preuzeti inicijativu.

Zbog toga se ovi molekuli moraju povezati jednim enzimom, razmotati tako da veze između njih i “dodatnih” atoma oslabe i prekinuti, a zatim dovesti dva kemijski aktivna kraja ovih molekula, na kojima atomi doživljavaju manjak i višak elektrona, jedni prema drugima.

Ioni fosfora (P+) i kiseonika (O-) koji su pali u polje međusobnog dometa vezani su jakom kovalentnom vezom zbog činjenice da zajedno preuzimaju jedan elektron koji je prvobitno pripadao kiseoniku. Ovaj enzim za obradu molekula je ATP sintaza, i energiju za promjenu i njegove konfiguracije i relativnu poziciju On prima ADP i fosfat od protona koji prolaze kroz njega. Energetski je povoljno da protoni dođu na suprotno nabijenu stranu membrane, gdje ih je, osim toga, malo, a jedini put ide kroz enzim, čiji “rotor” protoni istovremeno rotiraju.

Struktura ATP sintaze prikazana je na dijagramu desno. Istaknut je njegov rotirajući element zbog prolaska protona ljubičasta, a pokretna slika ispod prikazuje dijagram njegove rotacije i stvaranja ATP molekula. Enzim radi skoro kao molekularni motor, okrećući se elektrohemijski trenutna energija protona u mehanička energija trenje dva seta proteina jedan o drugi: rotirajuća "noga" trlja se o nepokretne proteine ​​"klobuka pečuraka", dok podjedinice "kapice" mijenjaju svoj oblik. Ova mehanička deformacija postaje energija hemijske veze u sintezi ATP-a, kada se ADP i molekuli fosfata obrađuju i odvijaju na način neophodan za stvaranje kovalentne veze između njih.

Svaka ATP sintaza je sposobna sintetizirati do 100 ATP molekula u sekundi, a za svaki sintetizirani ATP molekul, oko tri protona moraju proći kroz sintetazu. Većina ATP-a koji se sintetizira u stanicama nastaje upravo na taj način, a samo mali dio je rezultat primarne obrade molekula hrane koja se odvija izvan mitohondrija.

U svakom trenutku postoji oko milijardu ATP molekula u tipičnoj živoj ćeliji. U mnogim ćelijama, sav ovaj ATP se zamjenjuje (tj. koristi se i stvara) svake 1-2 minute. Prosječna osoba u mirovanju koristi masu ATP-a približno jednaku njegovoj masi svaka 24 sata.

Općenito, gotovo polovina energije koja se oslobađa tijekom oksidacije glukoze ili masnih kiselina do ugljičnog dioksida i vode se hvata i koristi za energetski nepovoljnu reakciju stvaranja ATP-a iz ADP-a i fosfata. Efikasnost od 50% nije loša, na primjer, motor automobila stavlja samo 20% energije sadržane u gorivu u koristan rad. Pritom se ostatak energije u oba slučaja raspršuje u obliku topline, a kao i neki automobili, životinje taj višak (iako ne u potpunosti, naravno) stalno troše na zagrijavanje tijela. U procesu ovdje spomenutih reakcija, jedna molekula glukoze, postepeno razložena na ugljični dioksid i vodu, opskrbljuje ćeliju sa 30 molekula ATP-a.

Dakle, odakle energija dolazi i kako se tačno skladišti u ATP-u, sve je manje-više jasno. Ostaje da se razume kako se tačno predaje uskladištena energija i šta se dešava u ovom slučaju na molekularno-atomskom nivou.

Kovalentna veza nastala između ADP-a i fosfata naziva se visoka energija iz dva razloga:

• Kada se pokvari, oslobađa mnogo energije.
• elektroni koji sudjeluju u stvaranju ove veze (tj. kruže oko atoma kisika i fosfora između kojih se ta veza formira) su visokoenergetski, odnosno nalaze se u "visokim" orbitama oko jezgara atoma. I energetski bi im bilo korisno da skoče na niži nivo, oslobađajući višak energije, ali dokle god su na ovom mestu, pričvršćujući atome kiseonika i fosfora, neće moći da „skoče“.

Ova želja elektrona da padnu u pogodniju niskoenergetsku orbitu osigurava i lakoću razaranja visokoenergetske veze i energiju koja se oslobađa u obliku fotona (koji je nosilac elektromagnetne interakcije). U zavisnosti od toga koji će molekuli biti zamijenjeni enzimima za molekul ATP u kolapsu, koji će molekul apsorbirati foton koji emituje elektron, mogu se pojaviti različite varijante događaja. Ali svaki put energija pohranjena u obliku visokoenergetske veze će se koristiti za neke potrebe ćelije:

Scenario 1: fosfat se može prenijeti na molekul druge tvari. U ovom slučaju, visokoenergetski elektroni formiraju novu vezu, već između fosfata i ekstremnog atoma ove molekule primaoca. Uslov za takvu reakciju je njena energetska korist: u ovoj novoj vezi elektron mora imati nešto manje energije nego kada je bio dio ATP molekula, emitirajući dio energije u obliku fotona prema van.

Svrha takve reakcije je aktiviranje molekule primaoca (na dijagramu lijevo je naznačeno IN-OH): prije dodavanja fosfata, bio je pasivan i nije mogao reagirati s drugim pasivnim molekulom A, ali sada je vlasnica rezerve energije u obliku visokoenergetskog elektrona, što znači da je može negdje potrošiti. Na primjer, pričvrstiti molekul na sebe A, koji se bez takve finte sa ušima (to jest, visoke energije vezivnog elektrona) ne može spojiti. Fosfat se tada odvaja, nakon što je obavio svoj posao.

To rezultira nizom reakcija:

1. ATP+ pasivni molekul IN ➡️ ADP+ aktivna molekula zbog vezanog fosfata V-R

2. aktivirani molekul V-R+ pasivni molekul A➡️povezani molekuli A-B+ odvojiti fosfat ( R)

Obje ove reakcije su energetski povoljne: svaka od njih uključuje visokoenergetski vezujući elektron, koji, kada se jedna veza prekine, a druga formira, gubi dio svoje energije u obliku emisije fotona. Kao rezultat ovih reakcija, dva pasivna molekula su povezana. Ako uzmemo u obzir reakciju direktnog povezivanja ovih molekula (pasivni molekul IN+ pasivni molekul A➡️povezani molekuli A-B), tada se ispostavlja da je energetski skupo i da se ne može održati. Ćelije "čine nemoguće" uparujući ovu reakciju sa energetski povoljnim cijepanjem ATP-a na ADP i fosfat tokom dvije gore opisane reakcije. Razdvajanje se odvija u dva stupnja, u svakoj od kojih se dio energije vezujućeg elektrona troši na obavljanje korisnog rada, odnosno na stvaranje potrebnih veza između dva molekula, od kojih se dobija treća ( A-B) neophodna za funkcionisanje ćelije.

Scenario 2: fosfat se može istovremeno odvojiti od molekula ATP-a, a oslobođena energija se hvata od strane enzima ili radnog proteina i troši na obavljanje korisnog posla.

Kako možete uhvatiti nešto tako neprimjetno kao što je zanemarljiva perturbacija elektromagnetnog polja u trenutku kada elektron padne u nižu orbitu? Vrlo jednostavno: uz pomoć drugih elektrona i uz pomoć atoma sposobnih da apsorbuju foton koji emituje elektron.

Atomi koji čine molekule drže se zajedno u jakim lancima i prstenovima pomoću (takav lanac je nesavijeni protein na slici desno). A odvojeni dijelovi ovih molekula međusobno se privlače slabijim elektromagnetnim interakcijama (na primjer, vodikovim vezama ili van der Waalsovim silama), što im omogućava da se formiraju u složene strukture. Neke od ovih konfiguracija atoma su vrlo stabilne, i nikakav poremećaj elektromagnetnog polja ih neće pokolebati.. neće pokolebati.. općenito su stabilni. A neki su prilično pokretni i dovoljan im je lagani elektromagnetski udarac da promijene svoju konfiguraciju (obično to nisu kovalentne veze). A upravo takav udarac zadaje im i sam pristigli foton-nosač elektromagnetnog polja, koji emituje elektron koji je prešao u nižu orbitu kada se fosfat odvoji.

Promjene u konfiguraciji proteina kao rezultat razgradnje molekula ATP-a odgovorne su za najnevjerovatnije događaje koji se događaju u ćeliji. Sigurno su oni koje zanimaju ćelijski procesi barem na nivou "pogledajte njihovu animaciju na youtube-u" naletjeli na video koji prikazuje proteinski molekul kinesin, bukvalno hoda, premješta noge, duž niti ćelijskog skeleta, vukući teret na sebi.

Odvajanje fosfata iz ATP-a omogućava ovaj korak, a evo kako:

Kinesin ( kinesin) se odnosi na posebnu vrstu proteina koji ima tendenciju da spontano promijeni svoj konformacija(međusobni položaj atoma u molekulu). Ostavši sam, nasumično prelazi iz konformacije 1, u kojoj je pričvršćen jednom "nogom" na aktinski filament ( aktin filament) - formiranje najtanje niti citoskeletćelije ( citoskelet), u konformaciju 2, čineći tako korak naprijed i stajući na dvije "noge". Od konformacije 2 će sa jednakom vjerovatnoćom preći i u konformaciju 3 (vezi zadnje stopalo na prednju) i nazad u konformaciju 1. Dakle, kinezin se ne kreće ni u jednom smjeru, samo besciljno luta.

Ali sve se mijenja čim se spoji s ATP molekulom. Kao što je prikazano na dijagramu lijevo, dodavanje ATP-a kinezinu u konformaciji 1 dovodi do promjene njegovog prostornog položaja i prelazi u konformaciju 2. Razlog tome je međusobni elektromagnetski utjecaj molekula ATP-a i kinezina jedan na drugog. . Ova reakcija je reverzibilna jer nije utrošena energija, a ako se ATP odvoji od kinezina, on će jednostavno podići svoju “nogu”, ostati na mjestu i čekati sljedeći molekul ATP-a.

Ali ako se zadrži, onda se zbog uzajamnog privlačenja ovih molekula uništava veza koja drži fosfat unutar ATP-a. Energija koja se istovremeno oslobađa, kao i raspad ATP-a na dvije molekule (koje već različito djeluju na atome kinezina svojim elektromagnetnim poljima) dovode do toga da se konformacija kinezina mijenja: on „vuče zadnju nogu ”. Ostaje da se napravi korak naprijed, što se događa kada se ADP i fosfat odvoje, vraćajući kinezin u prvobitnu konformaciju 1.

Kao rezultat hidrolize ATP-a, kinezin se pomjerio udesno, a čim mu se pridruži sljedeći molekul, proći će još nekoliko koraka, koristeći energiju pohranjenu u njemu.

Važno je da kinezin, koji je u konformaciji 3 sa vezanim ADP i fosfatom, ne može da se vrati u konformaciju 2 tako što će napraviti „korak unazad“. Ovo se objašnjava istim principom usklađenosti s drugim zakonom termoregulacije: prijelaz sistema "kinezin + ATP" iz konformacije 2 u konformaciju 3 praćen je oslobađanjem energije, što znači da će obrnuti prijelaz biti energetski - konzumiranje. Da bi se to dogodilo, potrebno je odnekud uzeti energiju da spojite ADP sa fosfatom, a u ovoj situaciji je nema odakle uzeti. Stoga je kinezin povezan s ATP-om otvoren samo u jednom smjeru, što vam omogućava da obavljate koristan posao prevlačenjem nečega s jednog kraja ćelije na drugi. Kinezin, na primjer, učestvuje u razdvajanju hromozoma ćelije koja se dijeli tokom mitoza(proces podjele eukariotskih ćelija). Mišićni protein miozin teče duž aktinskih filamenata, uzrokujući kontrakciju mišića.

Ovaj pokret je veoma brz: neki motor(odgovoran za razne formećelijska mobilnost), proteini uključeni u replikaciju gena jure duž lanca DNK brzinom od hiljada nukleotida u sekundi.

Svi prolaze hidroliza ATP (razaranje molekula dodavanjem atoma uzetih iz molekula vode manjim molekulima koji nastaju razgradnjom. Hidroliza je prikazana na desnoj strani dijagrama interkonverzije ATP-a i ADP-a). Ili hidrolizom GTP, koji se od ATP-a razlikuje samo po tome što sadrži još jedan nukleotid (gvanin).

Scenario 3: uklanjanje dvije fosfatne grupe odjednom iz ATP-a ili drugog sličnog molekula koji sadrži nukleotid dovodi do još većeg oslobađanja energije nego kada se ukloni samo jedan fosfat. Ovako snažno oslobađanje vam omogućava da stvorite jaku šećerno-fosfatnu kičmu molekula DNK i RNK:

1. da bi nukleotidi mogli da se pridruže lancu DNK ili RNK u izgradnji, moraju se aktivirati pričvršćivanjem dva molekula fosfata. Ovo je reakcija koja troši energiju koju obavljaju stanični enzimi.

2. enzim DNK ili RNA polimeraza (nije prikazan na donjem dijagramu) veže aktivirani nukleotid (GTP je prikazan na dijagramu) na polinukleotid u izgradnji i katalizira cijepanje dvije fosfatne grupe. Oslobođena energija se koristi za stvaranje veze između fosfatne grupe jednog nukleotida i riboze drugog. Veze nastale kao rezultat nisu visokoenergetske, što znači da ih nije lako uništiti, što je prednost za izgradnju molekula koji sadrži ili prenosi nasljedne informacije ćelije.

U prirodi se spontano mogu javiti samo energetski povoljne reakcije, što je posljedica drugog zakona termodinamike.

Ipak, žive ćelije mogu kombinovati dve reakcije, od kojih jedna daje malo više energije nego što druga apsorbuje, i na taj način izvesti reakcije koje troše energiju. Reakcije koje troše energiju imaju za cilj stvaranje većih molekula, ćelijskih organela i cijelih stanica, tkiva, organa i višećelijskih živih bića od pojedinačnih molekula i atoma, kao i skladištenje energije za njihov metabolizam.

Skladištenje energije vrši se kontroliranim i postupnim uništavanjem organskih molekula (proces proizvodnje energije), zajedno sa stvaranjem molekula koji nose energiju (proces koji troši energiju). Fotosintetski organizmi pohranjuju energiju solarnih fotona zarobljenih hlorofilom na ovaj način.

Molekuli-nosači energije dijele se u dvije grupe: skladištenje energije u obliku visokoenergetske veze ili u obliku vezanog visokoenergetskog elektrona. Međutim, u prvoj grupi visoku energiju daje isti visokoenergetski elektron, tako da možemo reći da je energija pohranjena u elektronima dovedenim na visoki nivo, koji su dio različitih molekula.

Energija pohranjena na ovaj način također se odaje na dva načina: uništavanjem visokoenergetske veze ili prijenosom visokoenergetskih elektrona kako bi se postupno smanjila njihova energija. U oba slučaja, energija se oslobađa u obliku emisije tako što elektron prelazi na niži energetski nivo čestice-nosača elektromagnetnog polja (fotona) i toplote. Ovaj foton je uhvaćen na način da se obavi koristan rad (formiranje molekule neophodne za metabolizam u prvom slučaju i pumpanje protona kroz mitohondrijalnu membranu u drugom)

Energija pohranjena u obliku protonskog gradijenta koristi se za sintezu ATP-a, kao i za druge ćelijske procese koji su izvan okvira ovog poglavlja (mislim da se niko neće uvrijediti s obzirom na njegovu veličinu). A sintetizirani ATP se koristi kako je opisano u prethodnom paragrafu.

"Može se govoriti i o hemijskoj smrti osobe kada se iscrpi zalihe psihičke energije.

Možemo govoriti o uskrsnuću, kada psihička energija počinje da se obnavlja".

Šta je psihička energija? To je životvorna energija od koje zavisi postojanje čoveka. Ne postoji Psihička energija (u daljem tekstu PE) - nema života, fizičkog raspadanja, bolesti i smrti. Postoji PE - postoji život pun kreativnog uspona, zdravlja i sreće.

Sinonimi za PE: milost, prana, kineska Qi energija, vatra Hermesa, Kundalini, vatreni jezici dana Svetog Trojstva, Bulwer-Lyttonov Vril, slobodna energija Killyja, Mesmerov fluid, Reichenbachov Od, živa vatra Zoroastera, Sofija Helena , Saraswati od Hindusa i mnogi, mnogi drugi.

Znaci opadanja PE: psihički i fizički umor, pospanost, amorfna svijest, au težim slučajevima - mučnina.

Znakovi PE plime: radost i optimizam, kreativna aktivnost, želja za postignućem i plodnom aktivnošću.

Sedam načina da sačuvate PE

1. AURA. Kada ujutro izađete iz kuće, mentalno ocrtajte oko sebe na udaljenosti od ispruženog lakta energetsku ljusku u obliku kokošjeg jajeta, tako da se vaše tijelo nalazi u centru ovog auričnog jajeta. Tako ćete ojačati zaštitnu mrežu vaše aure, koja štiti vaš PE od neželjenih upada.

2. VAMPIRI. Pokušajte izbjeći komunikaciju s ljudima izumrlog i mutnog, promjenjivog izgleda - to su energetski vampiri, nakon komunikacije s kojima nastupa oštar umor. Izgled osobe se ne može lažirati. Oči su najpouzdaniji pokazatelj prisustva PE kod ljudi. Oni koji nemaju vlastitu PE često postaju energetski vampiri i pokušavaju (često nesvjesno) da je ukradu jednostavnim približavanjem auri donora.

3. GOMILA. IN javni prijevoz, ili slično prepuno mjesto, diskretno napravite brzu procjenu u blizini ljudi koji stoje. Ako vam je neko od njih izazvao blago odbijanje, udaljite se od njega na drugo mjesto. Kada ljudske aure dođu u kontakt, vaš PE teče magnetski u drugu auru, a PE druge aure teče u vašu, i ne postoji način da se spriječi ova razmjena energije - to je čvrst zakon.

4. RUKE. IN na javnim mestima pokušajte izbjeći direktan kontakt golim rukama sa uobičajenim predmetima i stvarima, kao što su kvake na vratima, rukohvati, ručke kolica za kupovinu itd. Ako je moguće, onda u zimskoj sezoni ne skidajte rukavice ili kupujte tanke, na primjer, dječje. Ako ne postoji način da izbjegnete direktan kontakt golim rukama, onda pronađite mjesto koje se najmanje koristi. Ljudske ruke zrače jakim tokovima PE. Svakim dodirom osoba svojim PE zasićuje one predmete koje je ruka dodirnula. Budite pažljivi prema starim, nepoznatim stvarima. Oni mogu nositi naboj negativnog PE, od kontakta sa kojim ćete potrošiti mnogo svog PE da ga neutrališete.

5. IRITACIJA. Svakako izbegavajte iritacije koje mogu posebno da smetaju u javnom prevozu, u prodavnicama, gustom saobraćaju na putu dok vozite automobil, u kućni život itd. Mentalna iritacija stvara negativan PE, koji uništava vašu pozitivnu PE.

6. INTIM. Vodite umjeren intiman život, jer je za reprodukciju sjemene tekućine potrebna velika potrošnja PE.

7. ŽIVOTINJE. Ne držite životinje kod kuće kako vaš PE ne bi curio do njih. Životinje, kao i sva živa bića, imaju svoju auru sa svojom PE, koja je po kvalitetu mnogo niža od PE osobe. Kada aure osobe i životinje dođu u kontakt, dolazi do iste razmjene PE kao između ljudi. Nemojte zasićivati ​​svoju auru nižim životinjskim PE.

Sedam načina da poboljšate PE

1. AIR. Dišite prirodniji, čistiji vazduh. Prana, solarni PE, je rastvoren u njemu. U velikim gradovima sa više od milion stanovnika vazduh nije čist, pa pokušajte ili češće izlaziti u prirodu, ili se čak iseliti van grada ili u mali grad.

2. PROSTOR. Bezgranična univerzalna prostranstva ispunjena su kosmičkom životvornom energijom, koja je slična ljudskom PE. Samo treba mentalno pozvati, povući to odatle. Pogledajte zvjezdano nebo i zamislite da je to okean energije, dodirom kojeg možete lako ojačati svoju životnu energiju.

3. PRIJATELJSKI. Budite prijateljski nastrojeni prema svima oko vas. Ne poželi zlo nikome, čak ni svojim neprijateljima. Ljubaznost i prijateljski stav ne samo da dovode do pozitivnog PE zračenja u vašoj auri, već i kod ljudi izazivaju iste vibracije odgovora njihove aure. Prijateljski ljudi razmjenjuju pozitivnu fizičku sposobnost s drugim ljudima jednostavno zato što izazivaju istu pozitivnu fizičku sposobnost kod drugih ljudi.

4. SRCE. Glavni vladar fizičkog vaspitanja osobe je njegovo srce. Slušajte svoje srce, a ne svoj mozak. Racionalni mozak se često vara u ispravnoj procjeni životne situacije i ponekad vodi u ćorsokak. Srce se nikada ne vara i zna mnogo više nego što um može zamisliti. Slušajte glas svog srca u tišini i tišini. Reći će vam kako slijediti put života kako biste na njegovom kraju mogli reći da ste živjeli sretnim životom.

6. POVRĆE I VOĆE. Jedite sirovo povrće i voće – puni su solarnih PE naslaga. Pokušajte da ne jedete prženu hranu. prekuhani puter oslobađa otrove koji ubijaju vaš PE. Nemojte jesti meso, ono je puno nevidljive energije tečnosti koje izazivaju bolesti raspadanja, koja počinje odmah nakon uginuća životinje. Čak i najsvježije meso je puno ne samo životinjskih PE, već i energetskih mikroba, pri jedenju kojih će vaše tijelo potrošiti mnogo PE da ih neutrališe. Mahunarke lako mogu zamijeniti mesne proizvode.

7. DREAM Prije spavanja ne brinite, a još više ne psujte sa svojom porodicom. Pokušajte ne gledati negativne i kriminalne TV emisije koje izazivaju loše emocije. Bolje je pogledati dobar film ili pročitati dobra knjiga ili slušajte umirujuću muziku. Prije spavanja, istuširajte se kako biste očistili tijelo ne samo od naslaga znoja, već, što je još važnije, da biste isprali dnevne nakupine energije iz aure. Čista voda ima svojstvo čišćenja PE. Otišao na spavanje u čistom tijelu i smirenom, mirnom duhu, vaš PE će pohrliti u čiste slojeve prostora, gdje će dobiti pojačanje i ishranu. Ujutro ćete osjetiti živost i snagu da dostojanstveno proživite nadolazeći dan.

Obilan rast masnih stabala,
koji su ukorijenjeni na neplodnom pijesku
odobrio svoje, to jasno kaže
masne listove masne masti iz vazduha
apsorbirati...
M. V. Lomonosov

Kako se energija skladišti u ćeliji? Šta je metabolizam? Koja je suština procesa glikolize, fermentacije i ćelijskog disanja? Koji se procesi odvijaju u svjetlosnoj i tamnoj fazi fotosinteze? Kako su povezani procesi razmene energije i plastike? Šta je hemosinteza?

Lekcija-predavanje

Sposobnost pretvaranja jedne vrste energije u drugu (energija zračenja u energiju hemijskih veza, hemijska energija u mehaničku energiju, itd.) jedno je od osnovnih svojstava živih bića. Ovdje ćemo detaljno razmotriti kako se ovi procesi ostvaruju u živim organizmima.

ATP - GLAVNI NOSAČ ENERGIJE U ĆELIJI. Za provedbu bilo koje manifestacije vitalne aktivnosti stanica potrebna je energija. Autotrofni organizmi primaju početnu energiju od Sunca tokom reakcija fotosinteze, dok heterotrofni organizmi koriste organska jedinjenja iz hrane kao izvor energije. Energiju pohranjuju ćelije u hemijskim vezama molekula ATP (adenozin trifosfat), koji su nukleotid koji se sastoji od tri fosfatne grupe, ostatka šećera (riboze) i ostatka azotne baze (adenin) (slika 52).

Rice. 52. ATP molekul

Veza između fosfatnih ostataka naziva se makroergijska, jer kada se prekine, veliki broj energije. Normalno, ćelija izvlači energiju iz ATP-a tako što uklanja samo terminalnu fosfatnu grupu. U tom slučaju nastaje ADP (adenozin difosfat), fosforna kiselina i oslobađa se 40 kJ/mol:

Molekuli ATP-a igraju ulogu univerzalnog pregovaračkog čipa za energiju ćelije. Isporučuju se na mjesto energetski intenzivnog procesa, bilo da se radi o enzimskoj sintezi organskih jedinjenja, radu proteina - molekularnih motora ili membranskih transportnih proteina itd. Reverzna sinteza molekula ATP-a odvija se vezivanjem fosfata. grupa u ADP sa apsorpcijom energije. Skladištenje energije u obliku ATP-a od strane ćelije vrši se tokom reakcija energetski metabolizam. On je blisko povezan sa plastična zamjena tokom kojeg ćelija proizvodi organska jedinjenja neophodna za njeno funkcionisanje.

METABOLIZAM I ENERGIJA U ĆELIJI (METABOLIZAM). Metabolizam - ukupnost svih reakcija plastičnog i energetskog metabolizma, međusobno povezanih. U stanicama se neprestano odvija sinteza ugljikohidrata, masti, proteina, nukleinskih kiselina. Sinteza jedinjenja uvijek dolazi uz utrošak energije, odnosno uz neizostavno učešće ATP-a. Izvori energije za stvaranje ATP su enzimske reakcije oksidacije proteina, masti i ugljikohidrata koji ulaze u ćeliju. Ovaj proces oslobađa energiju koja je pohranjena u ATP-u. Oksidacija glukoze igra posebnu ulogu u energetskom metabolizmu ćelije. Molekuli glukoze prolaze kroz niz uzastopnih transformacija.

Prva faza, tzv glikoliza, odvija se u citoplazmi ćelija i ne zahteva kiseonik. Kao rezultat uzastopnih reakcija koje uključuju enzime, glukoza se razlaže na dva molekula pirogrožđane kiseline. U tom slučaju se troše dva ATP molekula, a energija oslobođena tokom oksidacije dovoljna je da se formiraju četiri ATP molekula. Kao rezultat toga, energetski prinos glikolize je mali i iznosi dva ATP molekula:

C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP

U anaerobnim uslovima (u nedostatku kiseonika), dalje transformacije mogu biti povezane sa različitim tipovima fermentacija.

Svi znaju mlečne fermentacije(kiseljenje mlijeka), koje nastaje djelovanjem gljivica i bakterija mliječne kiseline. Po mehanizmu je sličan glikolizi, samo što je krajnji proizvod ovdje mliječna kiselina. Ova vrsta oksidacije glukoze događa se u stanicama s nedostatkom kisika, kao što su mišići koji rade naporno. Po hemiji blizak mliječnoj i alkoholnoj fermentaciji. Razlika je u tome što su proizvodi alkoholne fermentacije etil alkohol i ugljični dioksid.

Sljedeća faza, tokom koje se pirogrožđana kiselina oksidira u ugljični dioksid i vodu, naziva se ćelijskog disanja. Reakcije vezane za disanje odvijaju se u mitohondrijima biljnih i životinjskih stanica, i to samo u prisustvu kisika. Riječ je o nizu kemijskih transformacija prije formiranja konačnog proizvoda - ugljičnog dioksida. U različitim fazama ovog procesa nastaju međuprodukti oksidacije početne supstance uz eliminaciju atoma vodika. U tom slučaju se oslobađa energija koja se "konzervira" u hemijskim vezama ATP-a i formiraju se molekuli vode. Postaje jasno da je kisik potreban upravo da bi se vezali otcijepljeni atomi vodika. Ova serija hemijskih transformacija je prilično složena i odvija se uz učešće unutrašnjih membrana mitohondrija, enzima i proteina nosača.

Ćelijsko disanje ima veoma visoku efikasnost. Dolazi do sinteze 30 ATP molekula, još dva molekula nastaju tokom glikolize, a šest ATP molekula - kao rezultat transformacije produkata glikolize na mitohondrijskim membranama. Ukupno, kao rezultat oksidacije jedne molekule glukoze, nastaje 38 ATP molekula:

C 6 H 12 O 6 + 6H 2 0 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP

U mitohondrijima se odvijaju završni stadijumi oksidacije ne samo šećera, već i proteina i lipida. Ove supstance koriste ćelije, uglavnom kada se završi snabdevanje ugljenim hidratima. Prvo se troše masti, pri čijoj oksidaciji se oslobađa mnogo više energije nego iz jednake količine ugljikohidrata i proteina. Stoga je mast kod životinja glavna "strateška rezerva" energetskih resursa. U biljkama škrob igra ulogu rezerve energije. Kada se skladišti, zauzima znatno više prostora od količine masti koja je ekvivalentna energiji. Za biljke to nije prepreka, jer su nepomične i ne nose rezerve na sebi, poput životinja. Energiju možete izvući iz ugljikohidrata mnogo brže nego iz masti. Proteini obavljaju mnoge važne funkcije u tijelu, pa su uključeni u energetski metabolizam samo kada se iscrpe resursi šećera i masti, na primjer, tokom dugotrajnog gladovanja.

FOTOSINTEZA. fotosinteza- je proces tokom kojeg se energija sunčeve svjetlosti pretvara u energiju hemijskih veza organskih jedinjenja. U biljnim ćelijama procesi povezani s fotosintezom odvijaju se u hloroplastima. Unutar ove organele postoje sistemi membrana u koje su ugrađeni pigmenti koji hvataju energiju zračenja Sunca. Glavni pigment fotosinteze je hlorofil, koji apsorbuje uglavnom plave i ljubičaste, kao i crvene zrake spektra. Zeleno svjetlo se reflektira, pa sam hlorofil i dijelovi biljke koji ga sadrže izgledaju zeleno.

U fotosintezi postoje dvije faze - svjetlo I mračno(Sl. 53). Stvarno hvatanje i konverzija energije zračenja se dešava tokom svetlosne faze. Kada apsorbira kvante svjetlosti, hlorofil prelazi u pobuđeno stanje i postaje donor elektrona. Njegovi elektroni se prenose iz jednog proteinskog kompleksa u drugi duž lanca transporta elektrona. Proteini ovog lanca, poput pigmenata, koncentrirani su na unutrašnjoj membrani hloroplasta. Kada elektron prođe kroz lanac nosača, on gubi energiju koja se koristi za sintezu ATP-a. Neki od elektrona pobuđenih svjetlošću koriste se za smanjenje NDP (nikotinamid adenin dinukleotifosfat) ili NADPH.

Rice. 53. Proizvodi reakcija svjetlosne i tamne faze fotosinteze

Pod uticajem sunčeve svetlosti u hloroplastima dolazi i do cepanja molekula vode - fotoliza; u ovom slučaju nastaju elektroni koji nadoknađuju njihov gubitak hlorofilom; Kiseonik nastaje kao nusproizvod:

Dakle, funkcionalno značenje svjetlosne faze leži u sintezi ATP-a i NADP·H pretvaranjem svjetlosne energije u kemijsku energiju.

Tamnoj fazi fotosinteze nije potrebna svjetlost. Suština procesa koji se ovde odvijaju je da se ATP i NADP·H molekuli dobijeni u svetlosnoj fazi koriste u nizu hemijskih reakcija koje „fiksiraju“ CO2 u obliku ugljenih hidrata. Sve reakcije tamne faze odvijaju se unutar hloroplasta, a ADP i NADP koji se oslobađaju prilikom "fiksacije" ugljičnog dioksida ponovo se koriste u reakcijama svijetle faze za sintezu ATP-a i NADP-a H.

Ukupna jednačina fotosinteze je sljedeća:

ODNOS I JEDINSTVO PROCESA RAZMJENE PLASTIKE I ENERGIJE. Procesi sinteze ATP-a odvijaju se u citoplazmi (glikoliza), u mitohondrijima (ćelijsko disanje) i u hloroplastima (fotosinteza). Sve reakcije koje se odvijaju tokom ovih procesa su reakcije razmene energije. Energija pohranjena u obliku ATP-a troši se u reakcijama plastične izmjene za proizvodnju proteina, masti, ugljikohidrata i nukleinskih kiselina neophodnih za život ćelije. Imajte na umu da je tamna faza fotosinteze lanac reakcija, plastične izmjene, a svjetlosna faza je energija.

Odnos i jedinstvo procesa razmene energije i plastike dobro je ilustrovan sledećom jednačinom:

Čitajući ovu jednačinu s lijeva na desno, dobijamo proces oksidacije glukoze u ugljični dioksid i vodu tokom glikolize i ćelijskog disanja, povezan sa sintezom ATP-a (energetski metabolizam). Ako ga čitate s desna na lijevo, onda ćete dobiti opis reakcija tamne faze fotosinteze, kada se glukoza sintetizira iz vode i ugljičnog dioksida uz sudjelovanje ATP-a (plastični metabolizam).

HEMOSINTEZA. Osim fotoautotrofa, određene bakterije (vodonik, nitrifikatorne, sumporne bakterije itd.) također su sposobne sintetizirati organske tvari iz anorganskih tvari. Ovu sintezu provode zahvaljujući energiji koja se oslobađa tokom oksidacije neorganskih supstanci. Zovu se hemoautotrofi. Ove hemosintetske bakterije igraju važnu ulogu u biosferi. Na primjer, nitrificirajuće bakterije pretvaraju amonijeve soli koje su nedostupne biljkama u soli dušične kiseline, koje one dobro apsorbiraju.

Ćelijski metabolizam se sastoji od reakcija energetskog i plastičnog metabolizma. U toku energetskog metabolizma dolazi do stvaranja organskih jedinjenja sa makroergijskim hemijskim vezama – ATP. Energija potrebna za to dolazi od oksidacije organskih jedinjenja tokom anaerobnih (glikoliza, fermentacija) i aerobnih (ćelijsko disanje) reakcija; od sunčevih zraka čija se energija apsorbira u svjetlosnoj fazi (fotosinteza); od oksidacije anorganskih spojeva (kemosinteza). Energija ATP-a se troši na sintezu organskih spojeva neophodnih za ćeliju u toku reakcija plastične izmjene, koje uključuju reakcije tamne faze fotosinteze.

• Koje su razlike između plastičnog i energetskog metabolizma?
• Kako se energija sunčeve svjetlosti pretvara u svjetlosnu fazu fotosinteze? Koji se procesi odvijaju tokom mračne faze fotosinteze?
• Zašto se fotosinteza naziva procesom refleksije planetarno-kosmičke interakcije?

Iz hrane koju konzumiramo proizvodi se energija koja je neophodna za provođenje bilo koje funkcije našeg tijela – od hodanja i govora do probave i disanja. Ali zašto se često žalimo na nedostatak energije, razdražljivost ili letargiju? Odgovor leži u tome koje namirnice čine našu svakodnevnu ishranu.

Proizvodnja energije

Osim vode i zraka, našem tijelu je stalno potreban redoviti priliv hrane, koja osigurava rezerve energije neophodne za kretanje, disanje, termoregulaciju, rad srca, cirkulaciju krvi i moždanu aktivnost. Zapanjujuće je da čak i u mirovanju, naš mozak troši oko 50% energije pohranjene iz unesene hrane, a potrošnja energije se dramatično povećava tokom intenzivne moždane aktivnosti, na primjer, tokom ispita. Kako se hrana pretvara u energiju?

Proces probave, detaljnije opisan u odgovarajućem odjeljku (-79), razgrađuje hranu na pojedinačne molekule glukoze, koje zatim ulaze u krvotok kroz crijevni zid. Sa krvotokom, glukoza se prenosi u jetru, gdje se filtrira i čuva u rezervi. Hipofiza (endokrina žlijezda koja se nalazi u mozgu) signalizira gušteraču i štitnu žlijezdu da oslobađaju hormone koji uzrokuju da jetra otpusti nakupljenu glukozu u krvotok, nakon čega je krv dostavlja onim organima i mišićima kojima je potrebna.

Kada dođu do željenog organa, molekuli glukoze prodiru u ćelije, gdje se pretvaraju u izvor energije koji je dostupan stanicama. Dakle, proces stalnog snabdijevanja organa energijom ovisi o nivou glukoze u krvi.

Da bismo povećali energetske rezerve organizma, moramo konzumirati određene vrste namirnica, posebno one koje mogu povećati nivo metabolizma i održati potreban nivo energije. Da biste razumjeli kako se sve ovo događa, razmotrite sljedeća pitanja:

Kako se hrana pretvara u energiju?

Svaka ćelija u našem telu sadrži mitohondrije. Ovdje komponente koje čine prehrambene proizvode prolaze kroz niz hemijskih transformacija, što rezultira stvaranjem energije. Svaka ćelija u ovom slučaju je minijaturna elektrana. Zanimljivo je da broj mitohondrija u svakoj ćeliji zavisi od energetskih potreba. Redovnim vježbanjem se povećava kako bi se osigurala veća proizvodnja potrebne energije. i obrnuto, sjedilačka slikaživot dovodi do smanjenja proizvodnje energije i, shodno tome, smanjenja broja mitohondrija. Za pretvaranje u energiju potrebni su različiti nutrijenti, od kojih svaki doprinosi različitim koracima u procesu proizvodnje energije (vidi Energetska hrana). Dakle, hrana koja se konzumira ne samo da treba da bude zadovoljavajuća, već i da sadrži sve vrste nutrijenata potrebnih za proizvodnju energije: ugljene hidrate, proteine ​​i masti.

JAKO JE VAŽNO OGRANIČITI HRANE U VAŠOJ ISHRANI KOJE UZIMAJU ENERGIJU ILI OPSTRUKUJU NJENO FORMIRANJE. SVI TAKVI PROIZVODI STIMULIRAJU OSLOBAĐANJE HORMONA ADRENALINA.

Važno je da tijelo pravilno funkcionira kako bi se održao konstantan nivo glukoze u krvi (vidi Održavanje normalnog šećera u krvi, - 46). U tu svrhu poželjno je dati prednost hrani s niskim glikemijskim indeksom. Dodavanjem proteina i vlakana u svaki obrok ili međuobrok doprinosite akumulaciji dovoljne količine energije koja vam je potrebna.

Ugljikohidrati i glukoza

Energija koju dobijamo hranom dolazi više iz ugljikohidrata nego iz proteina ili masti. Ugljikohidrati se lakše pretvaraju u glukozu i stoga su najpogodniji izvor energije za tijelo.

Glukoza se može odmah iskoristiti za energetske potrebe ili pohraniti u rezervi u jetri i mišićima. Pohranjuje se u obliku glikogena, koji se, ako je potrebno, lako ponovo pretvara u njega. Kod sindroma bori se ili bježi (vidi), glikogen se oslobađa u krvotok kako bi tijelu dao dodatnu energiju. Glikogen se skladišti u rastvorljivom obliku.

Proteini moraju biti izbalansirani s ugljikohidratima

Iako su svima potrebni ugljikohidrati i proteini, njihovi omjeri mogu varirati ovisno o individualnim potrebama i navikama. Optimalni omjer se bira pojedinačno metodom pokušaja i grešaka, ali se možete voditi podacima prikazanim u tabeli na stranici 43.

Budite oprezni sa proteinima. Uvijek im dodajte visokokvalitetne složene ugljikohidrate, kao što su gusto povrće ili žitarice. Prevladavanje proteinske hrane dovodi do zakiseljavanja unutrašnje sredine organizma, dok bi ona trebala biti blago alkalna. interni sistem samoregulacija omogućava tijelu da se vrati u alkalizirano stanje oslobađanjem kalcija iz kostiju. U konačnici, to može poremetiti strukturu kostiju, što dovodi do osteoporoze, u kojoj se često javljaju prijelomi.

Zdrava pića i grickalice koji sadrže glukozu daju brzo povećanje energije, ali učinak je kratkotrajan. Štaviše, to je praćeno iscrpljivanjem energetskih rezervi akumuliranih u tijelu. Tokom bavljenja sportom, trošite mnogo energije, pa možete prije njih “doliti gorivo” sojinom skutom sa svježim bobicama.

Dobra hrana, dobro raspoloženje

Pokušajte malo povećati unos proteina dok snižavate unos ugljikohidrata, ili obrnuto, dok ne nađete svoj optimalni nivo energije.

Energetske potrebe tokom života

Potreba za dodatnom energijom javlja se u nama u različitim fazama života. U djetinjstvu, na primjer, energija je potrebna za rast i učenje, adolescencija- osigurati hormonalne i fizičke promjene tokom puberteta. Tokom trudnoće povećava se potreba za energijom i kod majke i kod fetusa, a tokom stresa višak energije se troši tokom života. Osim toga, osoba koja vodi aktivan način života treba više energije nego obični ljudi.

Kradljivci energije

Vrlo je važno ograničiti sadržaj u prehrani proizvoda koji oduzimaju energiju ili sprječavaju njeno stvaranje. Ove namirnice uključuju alkohol, čaj, kafu i gazirana pića, kao i kolače, kekse i slatkiše. Svi takvi proizvodi potiču oslobađanje hormona adrenalina koji se stvara u nadbubrežnim žlijezdama. Adrenalin se najbrže proizvodi u takozvanom sindromu "bori se ili bježi", kada nam nešto prijeti. Oslobađanje adrenalina mobilizira tijelo za akciju. Srce počinje brže kucati, pluća apsorbiraju više zraka, jetra oslobađa više glukoze u krv, a krv juri tamo gdje je najpotrebnija - na primjer, u noge. Stalno povećana proizvodnja adrenalina, posebno uz pravilnu ishranu, može dovesti do trajnog osjećaja umora.

Stres se također smatra jednim od rasipnika energije, jer stres oslobađa uskladištenu glukozu iz jetre i mišića, što rezultira kratkoročnim naletom energije praćenim stanjem dugotrajnog umora.

Energija i emocije

Kod sindroma bori se ili bježi, glikogen (pohranjeni ugljikohidrati) prelazi iz jetre u krvotok, što dovodi do povećanja razine šećera u krvi. S obzirom na to, dugotrajno stresno stanje može ozbiljno uticati na nivo šećera u krvi. Kofein i nikotin imaju sličan učinak; potonji potiču lučenje dva hormona, kortizona i adrenalina, koji ometaju probavu i uzrokuju da jetra oslobađa uskladišteni glikogen.

Hrana bogata energijom

Energetski najbogatije su namirnice koje sadrže kompleks B vitamina: B1, B2, B3, B5, B6, B12, B9 (folna kiselina) i biotin. Sve se nalaze u izobilju u prosu, heljdi, raži, kvinoji (južnoamerička žitarica vrlo popularna na Zapadu), kukuruzu i ječmu. Kod klijavih zrna energetska vrijednost se višestruko povećava - nutritivnu vrijednost klice povećavaju enzime koji potiču rast. Puno vitamina B nalazi se i u svježem bilju.

Za energiju organizma važan je i vitamin C, koji se nalazi u voću (npr. pomorandže) i povrću (krompir, paprika); magnezijum, koji ima u izobilju u zelenilu, orašastim plodovima i sjemenkama; cink ( žumance, riba, sjemenke suncokreta); željezo (žitarice, sjemenke bundeve, sočivo); bakar (ljuska brazilskog oraha, zob, losos, pečurke), kao i koenzim Q10, koji je prisutan u govedini, sardinama, spanaću i kikirikiju.

Održavanje normalnog nivoa šećera u krvi

Koliko često ste se morali probuditi ujutro loše raspoloženi, osjećati se letargično, preopterećeno i iskusiti hitnu potrebu za spavanjem još sat ili dva? I izgleda da život nije radost. Ili se možda nakon što čamite do podneva, pitate se hoćete li stići do ručka. Još gore, kada vas posle ručka savlada umor, pred kraj radnog dana, a nemate pojma kako da stignete kući. A onda moraš da skuvaš večeru. A onda - jedi. I zar se ne pitate: "Gospode, gdje su nestale posljednje snage?"

Može biti uzrokovan stalni umor i nedostatak energije različitih razloga, ali najčešće su rezultat loše ishrane i/ili neredovnih obroka, kao i zloupotrebe stimulansa koji pomažu da se „izdrži“.

Depresija, razdražljivost i promjene raspoloženja, zajedno s predmenstrualnim sindromom, izljevima bijesa, anksioznošću i nervozom, mogu biti posljedica neravnoteže u proizvodnji energije, pothranjenosti i čestih hir dijeta.

Stekavši ideju o tome kako i od čega nastaje energija u našem tijelu, možemo za kratko vrijeme povećati svoju energiju, što će nam omogućiti ne samo da održimo svoju efikasnost i dobro raspoloženje tokom cijelog dana, već i obezbijedimo zdravo dubok san noću.

Ovaj materijal je zasnovan na članku "Pregled tipova uređaja za skladištenje energije", prethodno objavljenom na http://khd2.narod.ru/gratis/accumul.htm, uz dodatak nekoliko pasusa iz drugih izvora, na primjer, http ://battery-info.en/alternatives.

Jedan od glavnih problema alternativne energije je njeno neravnomjerno snabdijevanje iz obnovljivih izvora. Sunce sija samo danju, a po bezoblačnom vremenu vjetar ili duva ili jenjava. Da, i potreba za strujom nije stalna, na primjer, za osvjetljenje je potrebno manje tokom dana, a više uveče. I ljudi vole kada su gradovi i sela noću preplavljeni rasvjetom. Pa, ili su bar samo ulice osvijetljene. Tako se nameće zadatak - sačuvati primljenu energiju neko vrijeme kako bi je iskoristili kada je potreba za njom maksimalna, a protok nije dovoljan.

HE TaumSauk u SAD. Uprkos maloj snazi, poznat je u cijelom svijetu zahvaljujući gornjem bazenu u obliku srca.

Postoje i hidraulički akumulatori manjeg obima. gravitaciona energija. Prvo, pumpamo 10 tona vode iz podzemnog rezervoara (bunara) u kontejner na tornju. Zatim voda iz rezervoara pod dejstvom gravitacije teče nazad u rezervoar, rotirajući turbinu sa električnim generatorom. Vijek trajanja takvog pogona može biti 20 godina ili više. Prednosti: kada se koristi vjetroturbina, ova druga može direktno pokretati vodenu pumpu, voda iz rezervoara na tornju može se koristiti za druge potrebe.

Nažalost, hidraulične sisteme je teže održavati. tehničko stanje nego čvrste - prije svega, to se tiče nepropusnosti rezervoara i cjevovoda i ispravnosti opreme za zatvaranje i pumpanje. I još jedan važan uvjet - u trenucima akumulacije i korištenja energije radni fluid (barem njegov prilično veliki dio) mora biti u tečnom agregacijskom stanju, a ne u obliku leda ili pare. Ali ponekad je u takvim akumulatorima moguće dobiti dodatnu besplatnu energiju, na primjer, prilikom dopunjavanja gornjeg rezervoara otopljenom ili kišnicom.

Mehaničko skladištenje energije

Mehanička energija se očituje u interakciji, kretanju pojedinih tijela ili njihovih čestica. Uključuje kinetičku energiju kretanja ili rotacije tijela, energiju deformacije pri savijanju, istezanju, uvrtanju, sabijanju elastičnih tijela (opruga).

Žiroskopsko skladištenje energije

Ufimcevov žiroskopski akumulator.

U žiroskopskim akumulatorima energija se pohranjuje u obliku kinetičke energije brzo rotirajućeg zamašnjaka. Specifična energija pohranjena po kilogramu težine zamašnjaka je mnogo veća od one koja se može uskladištiti u kilogramu statičke težine, čak i podizanjem na veliku visinu, a najnoviji razvoj visoke tehnologije obećava pohranjenu gustinu energije uporedivu s kemijskom energijom po jedinične mase najefikasnijih vrsta hemijskog goriva. Još jedan veliki plus zamašnjaka je mogućnost brzog vraćanja ili primanja vrlo velike snage, ograničene samo vlačnom čvrstoćom materijala u slučaju mehanički prijenos ili "kapacitet" električnih, pneumatskih ili hidrauličnih prijenosnika.

Nažalost, zamašnjaci su osjetljivi na trzaje i rotacije u ravninama koje nisu ravni rotacije, jer to stvara ogromna žiroskopska opterećenja koja teže savijanju osovine. Osim toga, vrijeme skladištenja energije koju akumulira zamašnjak je relativno kratko, a za konvencionalne dizajne obično se kreće od nekoliko sekundi do nekoliko sati. Nadalje, gubici energije zbog trenja postaju previše primjetni... Međutim, moderne tehnologije omogućava vam dramatično povećanje vremena skladištenja - do nekoliko mjeseci.

Konačno, još jedan neugodan trenutak - energija koju pohranjuje zamašnjak direktno ovisi o njegovoj brzini rotacije, stoga, kako se energija akumulira ili oslobađa, brzina rotacije se stalno mijenja. U isto vrijeme, opterećenje vrlo često zahtijeva stabilnu brzinu rotacije, koja ne prelazi nekoliko hiljada okretaja u minuti. Iz tog razloga, čisto mehanički sistemi za prijenos snage na i sa zamašnjaka mogu biti previše složeni za proizvodnju. Ponekad se situacija može pojednostaviti elektromehaničkim prijenosom koji koristi motor-generator koji se nalazi na istoj osovini kao i zamašnjak ili povezan s njim krutim mjenjačem. Ali tada su neizbježni gubici energije za grijanje žica i namotaja, koji mogu biti mnogo veći od gubitaka zbog trenja i klizanja u dobrim varijatorima.

Posebno obećavajući su takozvani super zamašnjaci, koji se sastoje od namotaja čelične trake, žice ili sintetičkih vlakana visoke čvrstoće. Namotaj može biti gust, ili može imati posebno ostavljen prazan prostor. U potonjem slučaju, kako se zamašnjak odmotava, zavojnice trake se pomiču od njenog središta prema periferiji rotacije, mijenjajući moment inercije zamašnjaka, a ako je traka opružna, tada pohranjujući dio energije u energiju elastične deformacije opruge. Kao rezultat toga, u takvim zamašnjacima brzina rotacije nije tako direktno povezana s akumuliranom energijom i mnogo je stabilnija nego u najjednostavnijim jednodijelnim strukturama, a njihova potrošnja energije je osjetno veća. Osim većeg energetskog intenziteta, sigurniji su u slučaju raznih nesreća, jer, za razliku od fragmenata velikog monolitnog zamašnjaka, koji se po energiji i razornoj snazi ​​može usporediti s topovskim kuglama, fragmenti opruge imaju mnogo manju "oštećujuću moć" i obično prilično učinkoviti. usporiti pucajući zamašnjak zbog trenja o zidove kućišta. Iz istog razloga, moderni čvrsti zamašnjaci, dizajnirani za rad u načinima bliskim preraspodjeli snage materijala, često se ne izrađuju monolitnim, već tkanim od kablova ili vlakana impregniranih vezivom.

Moderni dizajni sa vakuumskom komorom rotacije i magnetnom suspenzijom superzamajca od kevlarskog vlakna daju pohranjenu gustinu energije veću od 5 MJ/kg, a kinetičku energiju mogu skladištiti tjednima i mjesecima. Prema optimističnim procjenama, upotreba "superkarbonskih" vlakana za teške uvjete rada za namotavanje povećat će brzinu rotacije i specifičnu gustinu pohranjene energije mnogo puta više - do 2-3 GJ/kg (obećavaju da će jedno okretanje takav zamajac težak 100-150 kg bit će dovoljan za vožnju od milion kilometara ili više, odnosno za gotovo cijeli vijek trajanja automobila!). Međutim, cijena ovog vlakna je još uvijek višestruko veća od cijene zlata, pa čak ni arapski šeici sebi još ne mogu priuštiti takve mašine... Više detalja o pogonima na zamajac možete pronaći u knjizi Nurbey Gulia.

Žirorezonanca skladištenja energije

Ovi pogoni su isti zamašnjaci, ali napravljeni od elastičnog materijala (na primjer, gume). Kao rezultat, ima fundamentalno nova svojstva. Kako se brzina povećava, na takvom zamašnjaku počinju se formirati "izrasline" - "latice" - prvo se pretvara u elipsu, zatim u "cvijet" s tri, četiri ili više "latica" ... Štaviše, nakon formiranja "latica" počinje, brzina rotacije zamašnjaka se već praktički ne mijenja, a energija se pohranjuje u rezonantnom valu elastične deformacije materijala zamašnjaka, koji formira ove "latice".

Krajem 1970-ih i početkom 1980-ih N.Z. Garmash je bio angažovan na takvim konstrukcijama u Donjecku. Njegovi rezultati su impresivni - prema njegovim procjenama, uz radnu brzinu zamašnjaka od samo 7-8 hiljada o/min, pohranjena energija bila je dovoljna da automobil pređe 1.500 km u odnosu na 30 km sa konvencionalnim zamašnjakom iste veličine. Nažalost, novije informacije o ovoj vrsti pogona nisu poznate.

Mehanički akumulatori koji koriste elastične sile

Ova klasa uređaja ima veoma veliki specifični kapacitet uskladištene energije. Ako je potrebno promatrati male dimenzije (nekoliko centimetara), njegov energetski intenzitet je najveći među mehaničkim uređajima za skladištenje. Ako zahtjevi za karakteristike težine i veličine nisu tako strogi, tada ga veliki ultra-brzi zamašnjaci nadmašuju u smislu energetskog intenziteta, ali su mnogo osjetljiviji na vanjske faktore i imaju mnogo manje vremena skladištenja energije.

Opružni mehanički akumulatori

Kompresija i proširenje opruge mogu osigurati vrlo veliki protok i dovod energije u jedinici vremena - možda najveću mehaničku snagu među svim vrstama uređaja za skladištenje energije. Kao i kod zamašnjaka, ona je ograničena samo vlačnom čvrstoćom materijala, ali opruge obično direktno sprovode radni translacijski pokret, a kod zamašnjaka ne možete bez prilično složenog prijenosa (nije slučajno da pneumatsko oružje koristi ili mehaničke glavne opruge ili plinski kanisteri, koji su u svojoj suštini unaprijed napunjeni zračni opruge; do vatreno oružje za borbu na daljinu koristilo se i opružno oružje - lukovi i samostreli, koji su mnogo prije nove ere potpuno zamijenili praćku svojom akumulacijom kinetičke energije u profesionalnim trupama).

Vijek skladištenja akumulirane energije u komprimiranoj oprugi može biti mnogo godina. Međutim, treba imati na umu da pod utjecajem stalne deformacije svaki materijal vremenom akumulira zamor, a kristalna rešetka opružnog metala se polako mijenja, a što su veća unutrašnja naprezanja i što je temperatura okoline viša, to je prije i u većoj meri će se to dogoditi. Stoga, nakon nekoliko desetljeća, komprimirana opruga, bez vanjske promjene, može se ispostaviti da je potpuno ili djelomično "ispražnjena". Međutim, visokokvalitetne čelične opruge, ako nisu podvrgnute pregrijavanju ili hipotermiji, mogu raditi stoljećima bez vidljivog gubitka kapaciteta. Na primjer, stari mehanički zidni sat iz jedne pune fabrike još uvijek radi dvije sedmice - baš kao i prije više od pola vijeka kada je napravljen.

Ako je potrebno postepeno ravnomjerno "puniti" i "prazniti" oprugu, mehanizam koji to obezbjeđuje može biti vrlo složen i hirovit (pogledajte isti mehanički sat - zapravo, puno zupčanika i drugih dijelova služi upravo toj svrsi ). Elektromehanički prijenos može pojednostaviti situaciju, ali obično nameće značajna ograničenja trenutnoj snazi ​​takvog uređaja, a pri radu s malim snagama (nekoliko stotina wata ili manje), njegova efikasnost je preniska. Poseban zadatak je akumulacija maksimalne energije u minimalnom volumenu, jer u tom slučaju nastaju mehanička naprezanja koja su blizu krajnje čvrstoće upotrijebljenih materijala, što zahtijeva posebno pažljive proračune i besprijekornu izradu.

Govoreći o oprugama, treba imati na umu ne samo metal, već i druge elastične čvrste elemente. Najčešći među njima su gumene trake. Inače, po pohranjenoj energiji po jedinici mase, guma deseterostruko nadmašuje čelik, ali i služi otprilike isto toliko puta manje, a za razliku od čelika gubi svojstva nakon nekoliko godina čak i bez aktivne upotrebe i sa idealnim vanjskim uslovi - uslovi - zbog relativno brzog hemijskog starenja i degradacije materijala.

Plinsko mehaničko skladište

U ovoj klasi uređaja energija se pohranjuje zahvaljujući elastičnosti komprimovanog gasa. Uz višak energije, kompresor pumpa plin u cilindar. Kada je potrebno iskoristiti uskladištenu energiju, komprimirani plin se dovodi u turbinu, koja direktno obavlja potreban mehanički rad ili rotira električni generator. Umjesto turbine, možete koristiti klipni motor, koji je efikasniji pri maloj snazi ​​(usput, postoje i reverzibilni klipni motor-kompresori).

Gotovo svaki moderni industrijski kompresor opremljen je sličnom baterijom - prijemnikom. Istina, tlak tamo rijetko prelazi 10 atm, pa stoga rezerva energije u takvom prijemniku nije jako velika, ali čak i to obično omogućava nekoliko puta povećanje resursa instalacije i uštedu energije.

Plin komprimiran na pritisak od desetina i stotina atmosfera može obezbijediti dovoljno visoku specifičnu gustinu uskladištene energije gotovo neograničeno vrijeme (mjeseci, godine, a uz visok kvalitet prijemnika i ventila - desetine godina - nije bez razloga da je pneumatsko oružje koje koristi patrone sa komprimiranim plinom postalo toliko rašireno). Međutim, kompresor s turbinom ili klipnim motorom koji je uključen u instalaciju su prilično složeni, hiroviti uređaji i imaju vrlo ograničen resurs.

Obećavajuća tehnologija za stvaranje energetskih rezervi je kompresija zraka na račun raspoložive energije u trenutku kada nema direktne potrebe za potonjom. Komprimovani vazduh se hladi i skladišti pod pritiskom od 60-70 atmosfera. Ako je potrebno iskoristiti uskladištenu energiju, zrak se izvlači iz akumulatora, zagrijava, a zatim ulazi u specijalnu plinsku turbinu, gdje energija komprimiranog i zagrijanog zraka rotira stupnjeve turbine, čija je osovina spojena na električnu turbinu. generator koji proizvodi električnu energiju u elektroenergetski sistem.

Za skladištenje komprimiranog zraka predlaže se, na primjer, korištenje odgovarajućih rudarskih radova ili posebno stvorenih podzemnih rezervoara u slanim stijenama. Koncept nije nov, skladištenje komprimovanog vazduha u podzemnoj pećini patentirano je još 1948. godine, a prvo postrojenje za skladištenje energije komprimovanog vazduha (CAES) kapaciteta 290 MW radi u elektrani Huntorf u Nemačkoj od 1978. godine. . Tokom faze kompresije zraka, velika količina energije se gubi u obliku topline. Ova izgubljena energija mora se nadoknaditi komprimiranim zrakom prije faze ekspanzije u plinskoj turbini, za koju se koristi ugljikovodično gorivo, uz pomoć kojeg se povećava temperatura zraka. To znači da su instalacije daleko od 100% efikasnosti.

Postoji obećavajući pravac za poboljšanje efikasnosti CAES-a. Sastoji se od zadržavanja i skladištenja toplote koja se oslobađa tokom rada kompresora u fazi kompresije i hlađenja vazduha, sa njenim naknadnim ponovnim korišćenjem tokom dogrevanja hladnog vazduha (tzv. rekuperacija). Međutim, ova verzija CAES-a ima značajne tehničke poteškoće, posebno u pravcu stvaranja dugotrajnog sistema skladištenja toplote. Ako se ovi problemi riješe, AA-CAES (Advanced Adiabatic-CAES) bi mogao utrti put za sisteme za skladištenje energije velikih razmjera, što je pitanje koje su pokrenuli istraživači širom svijeta.

Članovi kanadskog startupa Hydrostor još jedno neobično rješenje - pumpanje energije u podvodne mjehuriće.

Skladištenje toplotne energije

U našem klimatskim uslovima vrlo značajan (često glavni) dio potrošene energije troši se na grijanje. Stoga bi bilo vrlo zgodno akumulirati toplinu direktno u skladištu, a zatim je primiti natrag. Nažalost, u većini slučajeva, pohranjena gustina energije je vrlo niska, a vrijeme njenog očuvanja je vrlo ograničeno.

Postoje termalni akumulatori sa čvrstim ili potrošnim materijalom za skladištenje toplote; tekućina; para; termohemijski; sa električnim grijaćim elementom. Akumulatori toplote se mogu povezati na sistem sa kotlom na čvrsto gorivo, solarni sistem ili kombinovani sistem.

Skladištenje energije zbog toplinskog kapaciteta

U akumulatorima ovog tipa toplina se akumulira zbog toplinskog kapaciteta tvari koja služi kao radni fluid. Klasičan primjer akumulatora topline je ruska peć. Grijala se jednom dnevno, a onda je grijala kuću tokom dana. Danas se pod akumulatorom toplote najčešće podrazumevaju rezervoari za skladištenje vruća voda obložen materijalom sa visokim termoizolacionim svojstvima.

Postoje i akumulatori topline na bazi čvrstih nosača topline, na primjer, u keramičkim ciglama.

Različite tvari imaju različite toplinske kapacitete. Za većinu je u rasponu od 0,1 do 2 kJ/(kg K). Voda ima anomalno visok toplotni kapacitet - njen toplotni kapacitet u tečnoj fazi iznosi približno 4,2 kJ/(kg K). Samo vrlo egzotični litijum ima veći toplotni kapacitet - 4,4 kJ/(kg·K).

Međutim, osim specifična toplota(po težini) se mora uzeti u obzir i volumetrijski toplotni kapacitet, koji vam omogućava da odredite koliko je topline potrebno za promjenu temperature iste zapremine različitih tvari za isti iznos. Izračunava se iz uobičajenog specifičnog (masenog) toplotnog kapaciteta množenjem sa specifičnom gustinom odgovarajuće supstance. Volumetrijski toplinski kapacitet treba voditi kada je volumen akumulatora topline važniji od njegove težine. Na primjer, specifični toplinski kapacitet čelika je samo 0,46 kJ / (kg K), ali gustina je 7800 kg / m3, a, recimo, za polipropilen - 1,9 kJ / (kg K) - više od 4 puta više, ali njegova gustina je samo 900 kg/cu.m. Dakle, sa istim volumenčelik će moći pohraniti 2,1 puta više topline od polipropilena, iako će biti skoro 9 puta teži. Međutim, zbog anomalno visokog toplotnog kapaciteta vode, nijedan materijal ga ne može nadmašiti u smislu zapreminskog toplotnog kapaciteta. Međutim, zapreminski toplotni kapacitet gvožđa i njegovih legura (čelik, liveno gvožđe) razlikuje se od vode za manje od 20% - u jednom kubnom metru oni mogu pohraniti više od 3,5 MJ toplote za svaki stepen promene temperature, zapreminski toplotni kapacitet bakra je nešto manje - 3,48 MJ /(kub. m K). Toplotni kapacitet vazduha u normalnim uslovima je približno 1 kJ/kg, odnosno 1,3 kJ/m3, pa je da bi se kubni metar vazduha zagrejao za 1° dovoljno ohladiti nešto manje od 1/3 litre voda u istom stepenu (prirodno, toplija od vazduha).

Zbog jednostavnosti uređaja (šta bi moglo biti jednostavnije od nepokretnog čvrstog komada čvrste materije ili zatvorenog rezervoara sa tečnom rashladnom tečnošću?), takvi uređaji za skladištenje energije imaju gotovo neograničen broj ciklusa skladištenja i vraćanja energije i veoma su dugoročno servis - za tečne nosače toplote dok se tečnost ne osuši ili dok se rezervoar ne ošteti od korozije ili drugih razloga, za čvrste ne postoje takva ograničenja. No, vrijeme skladištenja je vrlo ograničeno i u pravilu se kreće od nekoliko sati do nekoliko dana - u dužem periodu konvencionalna toplinska izolacija više nije u stanju zadržati toplinu, a specifična gustoća pohranjene energije je niska.

Na kraju, treba naglasiti još jednu okolnost - za efikasan rad nije važan samo toplinski kapacitet, već i toplinska provodljivost tvari akumulatora topline. Uz visoku toplotnu provodljivost, čak i na prilično brze promjene vanjskih uvjeta, akumulator topline će odgovoriti cijelom svojom masom, a samim tim i svom pohranjenom energijom - odnosno što efikasnije. U slučaju slabe toplotne provodljivosti, samo površinski deo akumulatora toplote će imati vremena da reaguje, a kratkoročne promene spoljašnjih uslova jednostavno neće imati vremena da dođu do dubokih slojeva, a značajan deo supstance takvog akumulator toplote će zapravo biti isključen iz rada. Polipropilen, koji se spominje u primjeru o kojem se govori gore, ima toplinsku provodljivost gotovo 200 puta manju od čelika, pa stoga, unatoč prilično velikom specifičnom toplinskom kapacitetu, ne može biti učinkovit akumulator topline. Međutim, tehnički se problem lako rješava organiziranjem posebnih kanala za cirkulaciju rashladne tekućine unutar akumulatora topline, ali je očito da takvo rješenje značajno komplicira dizajn, smanjuje njegovu pouzdanost i potrošnju energije, te će svakako zahtijevati periodično održavanje. , što je teško potrebno za monolitni komad materije.

Koliko god čudno izgledalo, ponekad je potrebno akumulirati i skladištiti ne toplinu, već hladnoću. Kompanije u SAD-u nude "akumulatore" na bazi leda za ugradnju u klima-uređaje više od jedne decenije. Noću, kada ima struje u izobilju i prodaje se po sniženim cijenama, klima-uređaj zamrzava vodu, odnosno prelazi u hladnjak. Tokom dana troši nekoliko puta manje energije, radeći kao ventilator. Kompresor gladan energije je isključen za ovo vrijeme. Čitaj više.

Akumulacija energije tokom promene faznog stanja materije

Ako pažljivo pogledate termičke parametre različitih tvari, možete vidjeti da kada se stanje agregacije promijeni (otopljenje-otvrdnjavanje, isparavanje-kondenzacija), dolazi do značajne apsorpcije ili oslobađanja energije. Za većinu supstanci, toplinska energija takvih transformacija je dovoljna da promijeni temperaturu iste količine iste tvari za više desetina ili čak stotina stupnjeva u onim temperaturnim rasponima gdje se njeno agregacijsko stanje ne mijenja. Ali, kao što znate, dok stanje agregacije cjelokupnog volumena tvari ne postane isto, njegova temperatura je gotovo konstantna! Stoga bi bilo vrlo primamljivo akumulirati energiju promjenom agregatnog stanja - akumulira se mnogo energije, a temperatura se malo mijenja, tako da ne bi bilo potrebno rješavati probleme vezane za zagrijavanje do visoke temperature, a u isto vrijeme možete dobiti dobar kapacitet takvog akumulatora topline.

Topljenje i kristalizacija

Nažalost, trenutno praktički ne postoje jeftine, bezbedne i otporne na raspadanje supstance sa visokom energijom faznog prelaza, čija bi tačka topljenja bila u najrelevantnijem opsegu - otprilike od +20°S do +50°S (maksimalno +70°S - ovo je i dalje relativno sigurna i lako dostižna temperatura). U ovom temperaturnom rasponu se po pravilu tope složena organska jedinjenja, koja nikako nisu korisna za zdravlje i često brzo oksidiraju na zraku.

Možda su najprikladnije tvari parafini, čija tačka topljenja većine, ovisno o sorti, leži u rasponu od 40..65°C (iako postoje i "tečni" parafini s tačkom topljenja od 27°C ili manje, kao i prirodni ozokerit srodan parafinima, čija je tačka topljenja u rasponu od 58..100°C). I parafini i ozokerit su prilično sigurni, a koriste se i u medicinske svrhe za direktno zagrijavanje bolnih mjesta na tijelu. Međutim, uz dobar toplinski kapacitet, njihova toplotna provodljivost je vrlo mala - toliko mala da parafin ili ozokerit naneseni na tijelo, zagrijani na 50-60 °C, osjećaju se samo ugodno vruće, ali ne i opekline, kao što bi to bilo s vodom zagrijanom do ista temperatura, - za medicinu, ovo je dobro, ali za akumulator toplote, ovo je apsolutni minus. Osim toga, ove tvari nisu tako jeftine, na primjer, veleprodajna cijena ozocerita u septembru 2009. bila je oko 200 rubalja po kilogramu, a kilogram parafina koštao je od 25 rubalja (tehnički) do 50 i više (visoko pročišćena hrana, tj. pogodno za upotrebu u ambalaži za hranu). Ovo su veleprodajne cijene za serije od nekoliko tona, maloprodajne cijene su barem jedan i po puta skuplje.

Kao rezultat ekonomska efikasnost parafinski akumulator toplote se ispostavlja kao veliko pitanje - uostalom, kilogram-dva parafina ili ozokerita pogodno je samo za medicinsko zagrijavanje slomljenog donjeg dijela leđa na nekoliko desetaka minuta, te za osiguranje stabilne temperature manje ili više prostranog stana najmanje jedan dan, masa parafinskog akumulatora topline treba se mjeriti u tonama, tako da se njegov trošak odmah približi cijeni automobila (iako u nižem cjenovnom segmentu)! Da, i temperatura faznog prijelaza, u idealnom slučaju, i dalje bi trebala točno odgovarati ugodnom rasponu (20..25 ° C) - u suprotnom, i dalje morate organizirati neku vrstu sustava kontrole izmjene topline. Ipak, temperatura topljenja u području od 50..54°C, tipična za visoko prečišćene parafine, u kombinaciji s visokom toplinom faznog prijelaza (nešto više od 200 kJ/kg) je vrlo pogodna za akumulator topline dizajniran za obezbijediti toplu vodu i grijanje vode, jedini problem je niska toplotna provodljivost i visoka cijena parafina. Ali u slučaju više sile, sam parafin se može koristiti kao gorivo s dobrom kaloričnom vrijednošću (iako to nije tako lako učiniti - za razliku od benzina ili kerozina, tekući i još više čvrsti parafin ne gori na zraku, fitilj ili drugi uređaj je potreban za dovod u zonu sagorijevanja ne samog parafina, već samo njegovih para)!

Primer uređaja za skladištenje toplotne energije zasnovanog na efektu topljenja i kristalizacije je TESS sistem za skladištenje toplotne energije na bazi silicijuma, koji je razvila australska kompanija Latent Heat Storage.

Isparavanje i kondenzacija

Toplina isparavanja-kondenzacije je, u pravilu, nekoliko puta veća od topline topljenja-kristalizacije. I čini se da nema tako malo tvari koje isparavaju u pravom temperaturnom rasponu. Pored iskreno toksičnog ugljičnog disulfida, acetona, etil etera itd., postoji i etil alkohol (njegovu relativnu sigurnost svakodnevno dokazuju ličnim primjerom milioni alkoholičara širom svijeta!). U normalnim uslovima alkohol ključa na 78°C, a njegova toplota isparavanja je 2,5 puta veća od toplote fuzije vode (leda) i ekvivalentna je zagrevanju iste količine tečne vode za 200°. Međutim, za razliku od topljenja, kada promjene u volumenu tvari rijetko prelaze nekoliko postotaka, tokom isparavanja para zauzima cjelokupnu zapreminu koja joj se daje. A ako je ovaj volumen neograničen, tada će para ispariti, nepovratno odnijevši sa sobom svu akumuliranu energiju. U zatvorenoj zapremini pritisak će odmah početi da raste, sprečavajući isparavanje novih delova radnog fluida, kao što je slučaj u najobičnijem ekspres loncu, pa samo mali procenat radne supstance doživljava promenu stanja. agregacije, dok ostatak nastavlja da se zagreva, nalazeći se u tečnoj fazi. Ovo otvara veliko polje aktivnosti za pronalazače - stvaranje efikasnog akumulatora toplote zasnovanog na isparavanju i kondenzaciji sa hermetički promenljivom radnom zapreminom.

Fazni prijelazi druge vrste

Osim faznih prijelaza povezanih s promjenom stanja agregacije, neke tvari mogu imati nekoliko različitih faznih stanja unutar istog agregacijskog stanja. Promjenu ovakvih faznih stanja, po pravilu, prati i primjetno oslobađanje ili apsorpcija energije, iako obično mnogo manje značajna nego kod promjene agregacijskog stanja tvari. Osim toga, u mnogim slučajevima, s takvim promjenama, za razliku od promjene agregacijskog stanja, postoji temperaturna histereza - temperature direktnog i reverznog faznog prijelaza mogu se značajno razlikovati, ponekad za desetine ili čak stotine stupnjeva.

Skladištenje električne energije

Električna energija je najprikladniji i najraznovrsniji oblik energije savremeni svet. Nije iznenađujuće što se najbrže razvijaju uređaji za skladištenje električne energije. Nažalost, u većini slučajeva, specifični kapacitet jeftinih uređaja je mali, a uređaji sa visokim specifičnim kapacitetom su i dalje preskupi za skladištenje velikih količina energije na masovna primena i veoma kratkog veka.

Kondenzatori

Najmasovniji "električni" uređaji za skladištenje energije su konvencionalni radio kondenzatori. Imaju ogromnu brzinu akumulacije i oslobađanja energije - u pravilu od nekoliko hiljada do mnogo milijardi kompletnih ciklusa u sekundi, i sposobni su na ovaj način raditi u širokom temperaturnom rasponu dugi niz godina, pa čak i decenija. Kombinacijom nekoliko kondenzatora paralelno možete lako povećati njihov ukupni kapacitet na željenu vrijednost.

Kondenzatori se mogu podijeliti u dvije velike klase - nepolarne (obično "suhe", tj. ne sadrže tekući elektrolit) i polarne (obično elektrolitske). Upotreba tečnog elektrolita osigurava znatno veći specifični kapacitet, ali gotovo uvijek zahtijeva poštovanje polariteta pri povezivanju. Osim toga, elektrolitski kondenzatori su često osjetljiviji na vanjske uvjete, prvenstveno na temperaturu, i imaju kraći vijek trajanja (s vremenom elektrolit isparava i suši).

Međutim, kondenzatori imaju dva velika nedostatka. Prvo, ovo je vrlo niska specifična gustina uskladištene energije i samim tim mali (u odnosu na druge vrste uređaja za skladištenje) kapacitet. Drugo, ovo je kratko vrijeme skladištenja, koje se obično izračunava u minutama i sekundama i rijetko prelazi nekoliko sati, au nekim slučajevima je samo male djeliće sekunde. Kao rezultat toga, opseg kondenzatora je ograničen na razne elektroničke sklopove i kratkotrajnu akumulaciju dovoljnu za ispravljanje, korekciju i filtriranje struje u energetskoj elektrotehnici - još uvijek nisu dovoljni za više.

Koji se ponekad nazivaju "superkondenzatorima", mogu se smatrati nekom vrstom međuveze elektrolitički kondenzatori i elektrohemijske baterije. Od prvih su naslijedili gotovo neograničen broj ciklusa punjenja-pražnjenja, a od drugih relativno niske struje punjenja i pražnjenja (pun ciklus punjenja-pražnjenja može trajati sekundu, pa čak i mnogo duže). Njihov kapacitet je također u rasponu između najkapacitetnijih kondenzatora i malih baterija - obično je rezerva energije od nekoliko do nekoliko stotina džula.

Osim toga, treba napomenuti prilično visoku osjetljivost jonistora na temperaturu i ograničeno vrijeme skladištenja punjenja - od nekoliko sati do nekoliko sedmica maksimalno.

Elektrohemijske baterije

Elektrohemijske baterije izumljene su u zoru razvoja elektrotehnike, a sada se mogu naći svuda - od mobilnog telefona do aviona i brodova. Uopšteno govoreći, oni rade na osnovu nekih hemijskih reakcija i stoga bi se mogli pripisati sledećem delu našeg članka - "Skladištenje hemijske energije". Ali budući da se ova točka obično ne naglašava, već se obraća pažnja na činjenicu da baterije akumuliraju električnu energiju, razmotrit ćemo ih ovdje.

U pravilu, ako je potrebno pohraniti dovoljno veliku energiju - od nekoliko stotina kilojoula ili više - koriste se olovno-kiselinske baterije (primjer je bilo koji automobil). Međutim, oni imaju značajne dimenzije i, što je najvažnije, težinu. Ako je potrebna mala težina i mobilnost uređaja, onda više moderni tipovi baterije - nikl-kadmijum, metal-hidrid, litijum-jonski, polimer-jonski, itd. Imaju mnogo veći specifični kapacitet, međutim, specifični trošak skladištenja energije je primetno veći, pa je njihova upotreba obično ograničena na relativno male i ekonomične uređaja, kao što su mobilni telefoni, foto i video kamere, laptopovi itd.

Nedavno su se snažne litijum-jonske baterije počele koristiti u hibridnim automobilima i električnim vozilima. Pored manje težine i većeg specifičnog kapaciteta, za razliku od olovnih, omogućavaju skoro punu upotrebu svog nominalnog kapaciteta, smatraju se pouzdanijim i imaju duži vek trajanja, a njihova energetska efikasnost u punom ciklusu prelazi 90%, dok energetska efikasnost olovnih baterija pri punjenju zadnjih 20% kapaciteta može pasti na 50%.

Prema načinu upotrebe i elektrohemijske baterije (prvenstveno moćne) dijele se na dvije velike klase - takozvane vučne i startne. Obično starter baterija može prilično uspješno raditi kao vučna baterija (glavna stvar je kontrolirati stupanj pražnjenja i ne dovesti ga do takve dubine koja je prihvatljiva za vučne baterije), ali kada se koristi u obrnutom smjeru, prevelika struja opterećenja može vrlo brzo onemogućiti vučnu bateriju.

Nedostaci elektrohemijskih baterija uključuju vrlo ograničen broj ciklusa punjenja-pražnjenja (u većini slučajeva od 250 do 2000, a ako se ne poštuju preporuke proizvođača, još manje), a čak i u nedostatku aktivne upotrebe, većina tipova baterija degradiraju nakon nekoliko godina, gube svoja potrošačka svojstva. Istodobno, vijek trajanja mnogih vrsta baterija ne ide od početka njihovog rada, već od trenutka proizvodnje. Osim toga, elektrohemijske baterije karakterizira osjetljivost na temperaturu, dugo vrijeme punjenje, ponekad i desetine puta duže od vremena pražnjenja, i potreba da se poštuje način upotrebe (sprečavanje dubokog pražnjenja za olovne baterije i, obrnuto, poštivanje punog ciklusa punjenja-pražnjenja za metal hidrid i mnoge druge vrste baterije). Vrijeme skladištenja punjenja je također prilično ograničeno - obično od jedne sedmice do godine. Kod starih baterija se smanjuje ne samo kapacitet, već i vrijeme skladištenja, a oba se mogu višestruko smanjiti.

Skladištenje hemijske energije

hemijsku energiju - to je energija "pohranjena" u atomima tvari, koja se oslobađa ili apsorbira tijekom kemijskih reakcija između tvari. Hemijska energija se ili oslobađa u obliku toplotne energije tokom egzotermnih reakcija (na primjer, sagorijevanje goriva), ili se pretvara u električnu energiju u galvanskim ćelijama i baterijama. Ovi izvori energije se odlikuju velikom efikasnošću (do 98%), ali malim kapacitetom.

Uređaji za skladištenje kemijske energije omogućuju vam primanje energije kako u obliku iz kojeg je pohranjena, tako iu bilo kojem drugom. Postoje varijante "gorivo" i "bez goriva". Za razliku od niskotemperaturnih termohemijskih akumulatora (o njima ćemo malo kasnije), koji mogu skladištiti energiju jednostavnim postavljanjem na prilično toplo mjesto, ovdje se ne može bez posebnih tehnologija i visokotehnološke opreme, ponekad vrlo glomazne. Konkretno, dok se u slučaju niskotemperaturnih termohemijskih reakcija mješavina reaktanata obično ne odvaja i uvijek je u istom spremniku, reaktanti za visokotemperaturne reakcije se pohranjuju odvojeno jedni od drugih i kombiniraju se samo kada je energija potreban.

Akumulacija energije pokretanjem goriva

Tokom faze skladištenja energije odvija se hemijska reakcija, usled koje se gorivo redukuje, na primer, vodik se oslobađa iz vode - direktnom elektrolizom, u elektrohemijskim ćelijama pomoću katalizatora ili termičkom razgradnjom, npr. električni luk ili visoko koncentrirana sunčeva svjetlost. „Oslobođeni“ oksidant se može sakupljati odvojeno (za kiseonik je to neophodno u uslovima zatvorenog izolovanog objekta – pod vodom ili u svemiru) ili „izbaciti“ kao nepotrebno, jer će u trenutku korišćenja goriva ovaj oksidant biti sasvim dovoljno unutra okruženje i nema potrebe da trošite prostor i novac na njegovo organizovano skladištenje.

U fazi ekstrakcije energije proizvedeno gorivo se oksidira sa oslobađanjem energije direktno u željenom obliku, bez obzira na to kako je to gorivo dobijeno. Na primjer, vodonik može odmah dati toplinu (kada sagorijeva u gorioniku), mehaničku energiju (kada se isporučuje kao gorivo u motor unutrašnjim sagorevanjem ili turbina) ili električna energija (kada se oksidira u gorivnoj ćeliji). Takve reakcije oksidacije u pravilu zahtijevaju dodatno iniciranje (paljenje), što je vrlo pogodno za kontrolu procesa ekstrakcije energije.

Skladištenje energije kroz termohemijske reakcije

Odavno je poznata velika grupa hemijskih reakcija koje u zatvorenoj posudi, kada se zagreju, idu u jednom pravcu sa apsorpcijom energije, a kada se ohlade, u suprotnom smeru sa oslobađanjem energije. Takve reakcije se često nazivaju termohemijska. Energetska efikasnost ovakvih reakcija je po pravilu manja nego kada se agregatno stanje neke supstance promeni, ali je i veoma primetna.

Takve termohemijske reakcije se mogu smatrati svojevrsnom promjenom faznog stanja mješavine reagensa, a problemi su ovdje približno isti - teško je pronaći jeftinu, sigurnu i efikasnu mješavinu supstanci koja uspješno djeluje na ovaj način. u temperaturnom opsegu od +20°C do +70°C. Međutim, jedan sličan sastav je poznat već duže vrijeme - ovo je Glauberova sol.

Mirabilit (tzv. Glauberova so, odnosno natrijum sulfat Na 2 SO 4 10H 2 O dekahidrat) se dobija kao rezultat elementarnih hemijskih reakcija (na primer, kada se natrijum hlorid doda sumpornoj kiselini) ili se iskopava u "gotovom obliku" kao mineral.

Što se tiče skladištenja toplote, najviše zanimljiva karakteristika mirabilite leži u činjenici da kada temperatura poraste iznad 32 ° C, vezana voda počinje da se oslobađa, a spolja izgleda kao "otapanje" kristala koji se otapaju u vodi koja se iz njih oslobađa. Kada temperatura padne na 32°C, slobodna voda se ponovo vezuje za strukturu kristalnog hidrata - dolazi do "kristalizacije". Ali što je najvažnije, toplina ove reakcije hidratacije-dehidracije je vrlo visoka i iznosi 251 kJ/kg, što je znatno više od topline "poštenog" topljenja-kristalizacije parafina, iako je za trećinu manje od topline topljenja leda. (voda).

Dakle, akumulator toplote na bazi zasićenog rastvora mirabilita (zasićenog samo na temperaturama iznad 32°C) može efikasno održavati temperaturu na 32°C sa dugim resursom akumulacije ili povrata energije. Naravno, ova temperatura je preniska za potpuno opskrbu toplom vodom (tuš s takvom temperaturom se u najboljem slučaju doživljava kao "vrlo hladan"), ali ova temperatura može biti sasvim dovoljna za zagrijavanje zraka.

Više o akumulatoru topline na bazi mirabilita možete pročitati na web stranici DelaySam.ru.

Skladištenje hemijske energije bez goriva

Limenka kafe zagrejana gašenjem kreča.

U ovom slučaju, u fazi „punjenja“, neke hemikalije formiraju druge, a tokom tog procesa energija se pohranjuje u novim formiranim hemijskim vezama (na primjer, gašeno vapno zagrijavanjem prelazi u stanje živog vapna).

Kada se "isprazni", javlja se obrnuta reakcija, praćena oslobađanjem prethodno uskladištene energije (obično u obliku topline, ponekad dodatno u obliku plina koji se može ubaciti u turbinu) - konkretno, upravo se to događa kada se kreč "ugasi" vodom. Za razliku od metoda goriva, za pokretanje reakcije obično je dovoljno jednostavno povezati reaktante jedni s drugima - nije potrebno dodatno pokretanje procesa (paljenje).

Zapravo, ovo je neka vrsta termokemijske reakcije, međutim, za razliku od niskotemperaturnih reakcija opisanih kada se razmatraju uređaji za pohranu toplinske energije i ne zahtijevaju nikakve posebne uvjete, ovdje je riječ o temperaturama od nekoliko stotina ili čak hiljada stupnjeva. Kao rezultat toga, količina energije pohranjene u svakom kilogramu radne tvari značajno se povećava, ali je oprema višestruko složenija, glomaznija i skuplja od prazne. plastične boce ili jednostavan rezervoar za reagens.

Potreba za konzumiranjem dodatne supstance - recimo, vode za gašenje vapna - nije značajan nedostatak (ako je potrebno, možete prikupiti vodu koja se oslobađa kada kreč pređe u stanje živog kreča). Ali posebni uvjeti skladištenja ovog vrlo živog vapna, čije je kršenje ispunjeno ne samo kemijskim opeklinama, već i eksplozijom, prenose ovu i slične metode u kategoriju onih za koje je malo vjerojatno da će se pojaviti u širokom životu.

Druge vrste skladištenja energije

Osim gore opisanih, postoje i druge vrste uređaja za pohranu energije. Međutim, trenutno su vrlo ograničeni u smislu gustine uskladištene energije i vremena njenog skladištenja uz visoku specifičnu cijenu. Stoga, dok se više koriste za zabavu, a njihov rad u bilo kakve ozbiljne svrhe se ne razmatra. Primjer su fosforescentne boje koje pohranjuju energiju iz izvora jakog svjetla, a zatim svijetle nekoliko sekundi, ili čak dugih minuta. Njihove moderne modifikacije ne sadrže otrovni fosfor dugo vremena i prilično su sigurne čak i za upotrebu u dječjim igračkama.

Superprovodna skladišta magnetske energije pohranjuju je u polju velikog magnetskog namotaja sa istosmjernom strujom. Po potrebi se može pretvoriti u naizmjeničnu električnu struju. Niskotemperaturni rezervoari za skladištenje se hlade tečnim helijumom i dostupni su za industrijska postrojenja. Visokotemperaturni spremnici za skladištenje hlađeni tečnim vodonikom su još uvijek u razvoju i mogli bi postati dostupni u budućnosti.

Superprovodni uređaji za skladištenje magnetske energije su velike veličine i obično se koriste u kratkim vremenskim periodima, kao što je tokom prebacivanja.

Najvjerovatnije, ovaj članak ne odražava sve moguće načine akumulacije i očuvanja energije. Ostale opcije možete prijaviti u komentarima ili putem e-pošte kos na altenergiya dot ru.