關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞工作 訂閱。透過購買訂閱,您將有助於確保有關當今塑造我們世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
當科學家和工程師們絞盡腦汁思考如何廉價地交付薄膜光伏太陽能電池、海浪和潮汐動力渦輪機、氫燃料汽車以及其他先進技術以減少世界對化石燃料的依賴時,一支大學工程專業的學生團隊正在進行一個技術含量較低但同樣困難的專案,他們希望該專案能為非洲國家盧安達的偏遠地區帶來水力發電。
該小組是達特茅斯學院的賽爾工程學院學生運營的人道主義工程領導力計劃 (HELP) 的一部分,他們於 9 月在班達(位於紐格威國家公園邊緣的山區,人口約 6,000 人)安裝了兩臺由當地水源驅動的水輪機。
第一個地點的渦輪機——由學生預先製造並帶到班達——產生足夠的能量同時為六個 12 伏的電池充電。“雖然按美國標準來看總功率(310 瓦)相對較低,但足以每天為多達 30 個電池充電,每個電池只需要每兩週充電一次,”23 歲的工程專業學生埃裡克·特勞特曼在 9 月 19 日的團隊網站部落格中寫道。特勞特曼正在攻讀機器人技術碩士學位,他是參與盧安達專案的 15 名賽爾電氣、環境和機械工程專業的學生之一。自 6 月以來,包括特勞特曼在內的八名學生前往班達,使渦輪機啟動並執行,而其他七名學生則負責規劃專案、設計渦輪機並提供來自美國的後備支援。
第二臺渦輪機是用當地零件和人工從頭開始製造的,但問題更多。 學生德里克·布蘭德(22 歲)說,渦輪機的充電控制器(用於確保電池不會過度充電)多次出現故障,他最近在盧安達待了三個月後返回。在非洲時,布蘭德需要前往另一個村莊幾個小時,尋找新零件來糾正這個問題。現在,該渦輪機已啟動並執行,產生 300 瓦的能量。
學生們計劃在當地人的幫助下,隨著時間的推移升級這些站點,以將其輸出功率提高到 1.5 千瓦,足以滿足該村莊的所有電力需求甚至更多。但布蘭德說,目前,提高功率並不是首要任務,因為兩個站點產生的能量加起來“足以滿足該鎮的需求,至少在明年夏天我們返回之前是這樣”。
與此同時,班達的一些居民使用渦輪機站點為汽車電池充電,這些電池是他們家中的主要電源(為照明和為手機、手電筒和收音機中使用的小電池充電提供電力)。對於班達居民來說,在崎嶇的地形上步行數十英里,頭上頂著 40 磅(18 公斤)的電池,前往最近的通電城鎮,在那裡睡一晚,然後在第二天帶著充電後的電池走回家,這種情況並不少見。
該專案的目標之一是使用當地可用的元件和製造技術來製造渦輪機,以便當地人可以自己建造更多的渦輪機。“這確保了可持續性並刺激了當地經濟,而不是進口外國製造的元件,”22 歲的賽爾學生本傑明·庫恩斯說,他將於 3 月畢業。“HELP 可以為該地區的水電專案帶來新的視角,由當地可用的材料和勞動力驅動,而不是追求小幅的效率提升和利潤。”
學生們在他們的部落格中指出(該部落格因一些盧安達部長抱怨而在本月早些時候對公眾關閉),該國的一些地區已經在使用小型水力渦輪機,但這些機器每千瓦的發電成本高達 4,000 美元,對於這裡的人們來說是一筆鉅款,這裡的年平均收入為 260 美元。賽爾團隊的最終目標是開發出能夠透過使用當地零件和勞動力而不是昂貴的外國零件來將成本降低到每千瓦 500 美元以下的系統,而這些昂貴的外國零件在這個農村地區很難獲得。
希望班達能夠成為概念驗證,並鼓勵在整個非洲建造更多的水力渦輪機,非洲嚴重依賴煤油進行照明。據學生的一份報告顯示,非洲人每年消耗近 380 萬噸煤油,使其成為導致氣候變化的溫室氣體排放的重要因素。
賽爾的學生預計,執行水力發電渦輪機的年成本(包括購買電池和緊湊型熒光燈)約為每個家庭 50 美元。班達的家庭每年已經在煤油上花費 50 到 60 美元,“這使我們的系統在與煤油照明競爭中非常具有競爭力,同時提供更高質量的照明,”布蘭德說。“此外,煤油的成本與石油的成本掛鉤,而石油的價格在未來可能會上漲。”
近年來,非洲國家收到了許多旨在改善教育、提供清潔用水和保護當地人民免受疾病侵害的低技術小工具。總部位於倫敦的 Pump Aid(由三位在辛巴威農村生活和工作的教師組成的慈善機構)開發了 740 美元的 Elephant 水泵,以幫助村民獲得清潔的水,以及 Elephant 廁所,這是一種無需管道的廁所,可以用一塊混凝土和其他容易獲得的材料建造,成本約為 30 美元。
總部位於瑞士的慈善組織 Vestergaard Frandsen Group 製造了許多針對非洲的基本技術,包括 LifeStraw(一種帶有過濾器的粉藍色塑膠管,可以清除水中引起傷寒、霍亂和腹瀉的微生物);ZeroFly(一種用殺蟲劑層壓的塑膠片,用於建造臨時住所);以及 PermaNet(一種經過殺蟲劑處理的窗簾,可防止攜帶疾病的昆蟲)。與此同時,南非的 Freeplay Foundation 是一個促進非洲偏遠地區廣播的組織,它為盧安達和其他地方的社群提供Lifeline 收音機,該收音機透過搖動手柄上的彈簧載入機構進行充電。