Spørg Scientariet: Hvorfor høster man ikke energi fra lynnedslag i havet?

Vores læser Tarje Bargheer har stillet følgende spørgsmål:

Jeg har tit undret mig over, om man ikke kan bruge energien fra lyn, der slår ned i havene til at producere brint. Mere konkret har jeg undret mig over, hvorfor man ikke ude på havene har store lynfangere stående, der - når lynet slår ned - bruger energien til at skabe en elektrolyseproces og derefter opsamler den spaltede brint. Altså, sker den pludselige udladning af energi for hurtigt til, at det kan nå at spalte noget som helst? Hvor meget brint/energi vil man kunne få ud af et enkelt lyn, og hvor stor en radius af lyn vil man kunne høste med en lynfanger?

Joachim Holbøll, Lektor på DTU Elektro med speciale i elektriske komponenter og højspændingsteknik:

Det er jo en nærliggende tanke at lagre energien fra lyn, som vi alle kender som en ret så voldsom elektrisk energiudladning. Lad os først se på energiindholdet af et enkelt lyn, derefter summere over hele landet og til sidst vurdere lagringsmulighederne.

Energiindholdet per lyn er ikke imponerende. Et lyn er en elektrisk udladning, som udligner de elektriske ladninger i tordenskyerne enten mellem skyerne eller ned mod jorden. Energiindholdet i et enkelt lyn afhænger af lynstrømmen og den tid, lynet varer. Strømmen ligger i området 10 – 100 kA. Langt de fleste lyn er mellem 10 og 20 kA, og varigheden er typisk op til 100 µs, den varierer dog en del.

Den høje strømstyrke svarer til en meget høj effekt, som forårsager de kendte skadevirkninger, som et flækket træ eller en ødelagt el-installation. Men undersøger man energiforholdene, ses, at den ladning, der aflades fra sky til jord, svarer til et energiindhold på de fleste lyn på godt og vel 1 kWh. Dette er lig med at have et elektrisk varmepanel på 1 kW tændt i en time.

Antager vi nu, at det – helt urealistisk - kan lade sig gøre at indfange alle lyn i Danmark, viser det sig, at den samlede energi er knap 10.000 kWh. Her er taget udgangspunkt i de i 2004 målte lynnedslag (S. Andersson og N. Damsberg, ’En statistisk analyse af danske lyndata 2002–2010’, Vejret 130, side 35-41, 2012). For at sætte denne energimængde i perspektiv, kan det nævnes, at en enkel husstandsmølle på 10kW kan producere ca. 3 gange så meget energi på et år.

Hvordan kan energien lagres? Det andet aspekt i spørgsmålet omkring omsætning til andre energiformer, f.eks. via elektrolyse, belyses lettest ved at se på, hvilke lagringsmuligheder man har. Den korte varighed af lynstrømmen betyder, at den eneste realistiske mulighed er at bruge en elektrisk kondensator som mellemlager, hvorefter man har tid nok til at omsætte til andre energiformer.

Problemet ved denne løsning er ikke så meget selve kondensatoren, men den samlede elektriske kreds fra ladningen i sky og til jord. Her indgår jordmodstanden, som i sagens natur vil ligge i serie med kondensatoren, som på den anden side forbindes med indfangningsanlægget. Da jordmodstanden ligger i størrelsesordenen 20 Ohm, vil al lynenergien være afsat i jorden, før kondensatoren er blevet opladet, dvs. der er kun er lagret en minimal del i kondensatoren, med mindre man arbejder med helt urealistisk høje spændinger.

Konklusion: På baggrund af det samlede energiindhold i alle lyn i Danmark og udfordringerne med lyn-lagringen, vil den gode ide om at omsætte lynenergi til miljøvenlig energiproduktion næppe kunne forsvares.

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

For et virkeligt godt svar! Det er sjovt hvordan sådan nogle urban myths kan hænge ved, når man som barn blev fortalt at der var nok energi i et lyn til at holde New York kørende med energi i et år... med svaret ovenfor in mente, tænk hvad man kunne udrette med en husstandsvindmølle hvis det havde været sandt!

Forholder det sig mon tilsvarende med energien man kan høste fra en tordensky... Altså, ville det være spild af energi at sende to droner op i skyerne, placere en i toppen og en i bunden af tordenskyen (eller hvor spændingsforskellen nu er størst), og have en ledning imellem dem til at høste den spændingsforskel der fører til lyn?

  • 1
  • 1

det forbløffer mig, at 1 kWh skulle være energi nok til at splitte et træ, som man jævnligt ser det i skoven. Jo, hvis det blev frigivet langsomt, målrettet og kontrolleret måske - en 2 kW motorsav kunne jo nok fælde et træ på en halv time. Men lynets energi afsættes jo over hele træets længde, og med en hastighed som betyder store tab i opvarmning/fordampning af træet. Er det fordi at de træer man ser, skyldes outliers af lyn med meget højere energi end gennemsnittet?

  • 0
  • 0

to droner op i skyerne, placere en i toppen og en i bunden af tordenskyen (eller hvor spændingsforskellen nu er størst), og have en ledning imellem dem

Wow, du savner ikke ideer. Hvis artiklens info om energien i lyn er korrekt, så er der nok heller ikke imponerende energi at hente her - men omvendt ville der vel være nok til at drive dronerne, og måske kunne den udledes på mindre eksplosiv vis. Så det ville da være umådelig interessant at forsøge! Den "spændende" udfordring ville være at designe droner der kunne manøvrere og overleve i en tordensky. Lynudladninger er det mindste problem her, ifht. vind og hagl. Selv store passagerfly flyver udenom aktive tordenceller, og hvis du googler efter billeder af dem der alligevel har ramt en, kan man se hvorfor - de er direkte til skrot efterfølgende. Men de rammer selvfølgelig også haglene med 6-800 km/t, og hagl i en tordensky kan blive store - knytnæve store, under varmere himmelstrøg. En drone skulle alligevel beskyttes med et faradaysbur, så skulle have en meget kraftigere konstruktion - og ville nok kunne holdes på lave hastigheder ifht vinden, så den primære hastighed for haglene ville være faldhastighederne. Men alligevel. Der skulle nogle ret massive droner til... Man kunne måske gøre opgaven lettere, ved at lade den øverste drone flyve over skytoppen (det er en opgave i sig selv), og lade den nederste flyve i ganske lav højde under skyen? Massen af wiren i sig selv ville betyde ganske kraftige droner - fastvingede. Som skulle koordineres med en wire imellem. Fascinerende opgave! PS: Måske ville den nederste drone være unødvendig? Kunne wiren blot blive løftet af den øverste, og hænge frit ned igennem skyen? Så er opgaven "blot" at designe en drone der kan hænge i 20 km højde, med en næsten lige så lang wire under sig. 20 km Ø8mm stålwire vejer 8 ton. En Globalhawk drone kan løfte 1,5 ton til service ceiling på 18km. Du skal have fat i noget større... Eller en Ø3,5mm wire. Men den ville nok blive taget for meget af vinden? Man kunne skifte til en alu-wire, men den bliver jo blot tykkere for samme maks vægt, og dermed mere drag, så det er ikke en fordel. Stål er svært at slå på dimensioner. PPS: 20 km er noget nær den maksimale længde en alu- eller stålwire kan have, før den knækker under egen vægt. Det skal være en god kvalitetslegering og de dynamiske kræfter skal ikke være for store.

  • 0
  • 0

Som jeg ser det kunne man have en flydende pram med en høj mast der også stikker ned i vandet, altså en lynafleder der leder strømmen direkte ned i vandet... I delen under vandet frigives energien så direkte og vandet undergår elektrolyse?

Så behøver man ingen kondensator til at lagre energien, den bliver lagret som brint/ilt gas med det samme?

Set i sammenhæng med linket fra John Johansen hvor det er beskrevet at et lyn har en samlet energi på 5 milliarder Joule, hvilket jo må være 5 mia. Watt-sekunder, eller knapt 1,4MWh (i stedet for KWh) må der da være lidt mere at komme efter!

Men sikkert stadigvæk ikke besværet værd...

  • 1
  • 0

Jo, hvis det blev frigivet langsomt, målrettet og kontrolleret måske - en 2 kW motorsav kunne jo nok fælde et træ på en halv time.

Det tager mellem 30 og 60 sekunder, at skære igennem et træ af almindelig størrelse (50cm diameter) med en motorsav på 2 kW. Skal man splitte træet på langs, går der noget længere tid og afhænger indlysende nok af højden på træet. Normalt bruges en kæde slebet til formålet; men man kan vel regne med én meter i minuttet. Det er dog ikke en særlig effektiv måde at splitte træ på.

  • 1
  • 1

Tja, efter at have set på wiki, og søgt lidt rundt på nettet omkring lyn, b.la. på et par US universiteters der bedrev lynforskning, så synes det at budet på hvor meget energi der udløses i et gennemsnitligt lyn, af den almindelige sky-til-jord type, med negativ polaritet (i sky, rel. til jord) er mellem 0.5 - 1 MJ. Dvs 140-280 kWh. Den væsentlig mere sjældne type med modsat polaritet ligger tilsyneladende 10-100 gange højere, og med større variation.

Joachim Holbøll svarer en faktor 100+ lavere - er det fordi gennemsnits lyn i DK er en faktor 100+ svagere end lyn i USA (som dominerer søgeresultater). Eller er han bare meget uenig med de referencer google finder frem?

Holbøll skriver: typisk 10 kA i typisk 100 us, dvs typisk 1 Coulomb. Ved 1 kWh = 3,6 MJ betyder det middelpotentiale på 3,6 MV. Det lyder ikke helt skævt, men ifølge wikipdia har et typisk lyn 30 kA og 15 C, dvs. en længde på 500us (kilde Lawrence Livermore). Desuden nævner de en energi på 500 MJ (andre kilder ligger lidt højere), dvs. et potentiale på 30 MV, for et typisk lyn! Så Lawrence Livermores bud på et typisk lyn har 10 gange højere potentiale, 3 gange højere strøm og 5 gange længere varighed, end Holbølls.

(NB: de nævner også at positive lyn stammer fra toppen af skyen, og derfor kan have 10 gange højere potentialer, op til over en GV (!!), og tilsvarende større strømme, og i øvrigt længere varighed!)

Det er muligt at det er forskellen mellem USA og Danmark, lynhyppigheden i DK er meget lille sammenlignet med USA. I så tilfælde er det sikkert fint at teste lyn-indvinding her, men skal det bruges til noget, skal det flyttes over-there :). Hvis man ser på hyppigheden i Florida, er det svært at sige at det ikke er umagen værd. Men det betyder jo ikke at det er muligt: Men det ser ud til at flere har prøvet - og man har samme problem som vandkraft, forskellen mellem peak og middelværdi er for stor: Et kraftigt lyn kan tilsyneladende nå over 1 TWh, med en effekt omkring 1000 TWh... Ligesom vandkraft, så er problemet at overleve "stormene".

  • 0
  • 0

Jeg finder det lidt sjovt, at diskussionen her går på, hvor megen energi, man kan høste fra et lyn. Sjovt, fordi det vel er almindeligt børne lærdom i hvert fald for andre, der som jeg, var børn i 1985, hvor Doctor Brown fortalte hvordan, der er mindst 1.21 GW energi i et lyn.

Man kan bl.a. se et videoklip om emnet her: https://www.youtube.com/watch?v=f-77xulkB_U

  • 0
  • 0

Jeg finder det lidt sjovt, at diskussionen her går på, hvor megen energi, man kan høste fra et lyn. Sjovt, fordi det vel er almindeligt børne lærdom i hvert fald for andre, der som jeg, var børn i 1985, hvor Doctor Brown fortalte hvordan, der er mindst 1.21 GW energi i et lyn.

1,21 GW (dette er en effekt og ikke en energi) i 100 mikrosekunder giver 0,034 kWh... Ingen benægter at energiudladningen er stor (høj effekt) men energien i lynet er lille (høj effekt, der afgives på meget kort tid)

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten