Δεν περιλαμβάνονται μπαταρίες: Πώς η συλλογή ενέργειας μικρής κλίμακας θα τροφοδοτήσει το μέλλον

Το σεβαστό κρυστάλλινο ραδιόφωνο υπάρχει από τις αρχές του 1900, αλλά για έναν πολύ μοναδικό λόγο, οι άνθρωποι εξακολουθούν να τα κατασκευάζουν και να τα χρησιμοποιούν σήμερα. Δεν είναι ιδιαίτερα δυνατό, δεν θα τραβήξει μακρινούς σταθμούς και η αισθητική του σίγουρα δεν θα εντυπωσιάσει τους φίλους σας. Ωστόσο, αυτό το θαύμα του παλιού σχολείου προσφέρει ένα μόνο πλεονέκτημα που δεν μπορεί να κάνει άλλο ραδιόφωνο: Λειτουργεί χωρίς παραδοσιακές πηγές ενέργειας. Αυτό είναι σωστό - χωρίς καλώδιο, χωρίς μπαταρίες, χωρίς τροχούς χάμστερ.

Πώς είναι αυτό δυνατόν? Επειδή τα κρυστάλλινα ραδιόφωνα αρπάζουν όλη τη δύναμη που χρειάζονται από τα ίδια τα ραδιοκύματα.

Πολύ ωραίο, σωστά;

Ραδιοκύματα, βλέπετε, είναι ενέργεια. Λειτουργεί ως εξής: Οι ραδιοφωνικοί σταθμοί μετατρέπουν τον ήχο σε ραδιοκύματα που στη συνέχεια ταξιδεύουν, με την ταχύτητα του φωτός όχι λιγότερο, παντοκατευθυντικά από τον πομπό. Αυτά τα κύματα είναι, στην ουσία, ηλεκτρομαγνητικά πεδία - μορφές ηλεκτρικής ενέργειας που δεν είναι πολύ διαφορετικές από την ισχύ που ρέει στις πρίζες AC σας, μόνο ψεκάζονται προς όλες τις κατευθύνσεις. Το κλασματικό ποσό που φτάνει πραγματικά στο σπίτι σας δεν είναι καθόλου ισχυρό.

Πριν από άλλες πηγές ενέργειας, το κρυσταλλικό ραδιόφωνο πρέπει να «συγκομίζει» όσο το δυνατόν περισσότερο από το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που πλησιάζει. Το κάνει με μια αρκετά σημαντική κεραία (συνήθως ένα μακρύ τέντωμα σύρματος χαλκού), ένα "πηνίο" που συντονίζεται με τη συχνότητα (αριθμός κυμάτων ανά δευτερόλεπτο) του επιθυμητού σταθμού, έναν "ανιχνευτή" για την εξαγωγή του ηχητικού σήματος και ένα ακουστικό για να μετατρέψει το ηχητικό σήμα σε ηχητικά κύματα.

Αν και το ίδιο το κρυστάλλινο ραδιόφωνο έπεσε από τη μόδα πριν από λίγο καιρό, το τμήμα «εξοικονόμησης ενέργειας» της εξίσωσης - με το οποίο η ισχύς κυριαρχεί, τόσο κυριολεκτικά όσο και μεταφορικά, από λεπτό αέρα - βρίσκεται τώρα στη μέση μιας αξιοσημείωτης αναγέννησης. Από την αξιοποίηση της φρενίτιδας ενέργειας ενός κλαμπ χορού έως την αξιοποίηση της θερμότητας που εκπέμπει το ανθρώπινο σώμα, οι μηχανικοί κοιτάζουν στον κόσμο γύρω μας για ανεκμετάλλευτες πηγές ενέργειας. Και τα αποτελέσματα. Να γιατί οι πρίζες και οι μπαταρίες δεν είναι πλέον αρκετά καλές και τι κάνουν οι επιστήμονες γι 'αυτό.

Είναι όλα για την πείνα μας για εξουσία. Ξεκινάμε τις μέρες μας λειτουργώντας διάφορες συσκευές γύρω από τα σπίτια μας - ξυπνητήρια, φρυγανιέρες, καφετιέρες. Στη συνέχεια, ανεβαίνουμε στο αυτοκίνητό μας, το οποίο έχει απόλυτη δίψα για ακόμη περισσότερη ενέργεια. Ή ίσως αρπάξουμε το λεωφορείο, παίζοντας με το φορητό υπολογιστή ή το tablet ή το smartphone ή τη συσκευή αναπαραγωγής μουσικής ή το φορητό σύστημα τυχερού παιχνιδιού στην πορεία. Τελικά, ολόκληρη η μέρα μας παίζει όπως άρχισε - εξαρτάται από διάφορες μορφές ηλεκτρικής ενέργειας για να κάνουμε αυτό που πρέπει να κάνουμε.

• Υπερφόρτωση κατανάλωσης

• Συλλογή ραδιοκυμάτων

• Συγκομιδή πιεζοηλεκτρικής ενέργειας

• Συγκομιδή θερμοηλεκτρικής ενέργειας

• Συλλογή ενέργειας από ανθρώπινη κίνηση

• Επιστροφή από το μέλλον

Υπερφόρτωση κατανάλωσης

Υπάρχουν κάτι παραπάνω από λάθος σε αυτήν την εικόνα. Πρώτον, είτε αγοράζουμε συνεχώς νέες μπαταρίες, επαναφορτιζόμενες επαναφορτιζόμενες συσκευές, είτε απλώς τρέχουμε συσκευές με ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος, η τροφοδοσία είναι ένας ακριβός πόρος που εξαντλεί το πορτοφόλι και δεν φαίνεται να σταματάμε να καταναλώνουμε.

Εκτός από το χρηματικό κόστος της διαμονής σε χυμούς, υπάρχουν και οι δαπάνες για τον πλανήτη. Σύμφωνα με την Υπηρεσία Προστασίας Περιβάλλοντος (EPA), οι Αμερικανοί αγοράζουν σχεδόν τρία δισεκατομμύρια μπαταρίες ξηρών κυττάρων ετησίως για να τρέχουν ραδιόφωνα, παιχνίδια, κινητά τηλέφωνα, ρολόγια, φορητούς υπολογιστές και φορητά ηλεκτρικά εργαλεία. Και ακόμη και στη σημερινή κάπως φωτισμένη κοινωνία, η συντριπτική πλειονότητα αυτών απορρίπτεται τελικά σε χώρους υγειονομικής ταφής. Εδώ θα αποσυντεθούν κατά τη διάρκεια δεκαετιών, ρίχνοντας όλα τα είδη καυστικών ουσιών στο γύρω έδαφος και στα υπόγεια ύδατα. Και αυτή είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου - από υδροηλεκτρικά φράγματα έως πυρηνικούς σταθμούς και γεννήτριες ντίζελ, η δίψα μας για βατ σφυροκοπεί τον πλανήτη.

Ποιο είναι το σημείο όπου η συλλογή ενέργειας μπορεί να σώσει την ημέρα. Οι ανεμογεννήτριες και η ηλιακή ενέργεια έρχονται αμέσως στο μυαλό ως παραδείγματα τρόπων για να αξιοποιήσετε το περιβάλλον γύρω μας για καθαρή ενέργεια, αλλά και οι δύο περιορίζονται από τη διαθεσιμότητα της πηγής ενέργειας που συλλέγουν. Δεν μπορείτε να αρπάξετε σχεδόν τόση ενέργεια όταν ο άνεμος δεν φυσάει ή ο ήλιος δεν λάμπει.

Ωστόσο, υπάρχει ένα ολόκληρο άλλο επίπεδο συλλογής ενέργειας σε μικρότερη κλίμακα. Επειδή πολλά από τα προσωπικά, φορητά ηλεκτρονικά που χρησιμοποιούμε τώρα δεν απαιτούν πολύ ηλεκτρισμό από την αρχή, ευκαιρίες για τη συλλογή προηγουμένως αμελητέων ποσοτήτων ενέργειας εμφανίζονται παντού.

Και θα μπορούσαν να σημαίνουν τηλέφωνα, συσκευές αναπαραγωγής μουσικής και φορητούς υπολογιστές που δεν θα χρειαστεί να φορτίσετε ξανά.

Ιμάντας στις κεραίες: Συλλογή ραδιοκυμάτων

Μία από τις πιο εξέχουσες προσεγγίσεις για την άντληση ηλεκτρικής ενέργειας από λεπτό αέρα δίνει σαφώς ένα νεύμα στο σεβαστό κρυστάλλινο ραδιόφωνο. Συλλέγει ενέργεια, όχι εκπληκτικά, από ραδιοκύματα.

Στο Κέντρο Ασύρματης Έρευνας του Πανεπιστημίου του Bedfordshire στο Λούτον του Ηνωμένου Βασιλείου, ένα τρίο φωτεινών ανθρώπων εργάζεται σε μια λύση συλλογής ραδιοκυμάτων που πιστεύουν ότι μια μέρα όχι μόνο θα μειώσει την εξάρτηση των καταναλωτών από τις μπαταρίες και την τροφοδοσία AC, αλλά θα μειώσει επίσης επιπτώσεις στο περιβάλλον μας.Μιλήσαμε με τον Ben Allen, ο οποίος είναι επικεφαλής της ομάδας, για να μάθετε περισσότερα. Ο Άλεν και οι συνεργάτες του κέρδισαν τη διεθνή προσοχή τον Φεβρουάριο όταν ανακοίνωσαν ότι ανέπτυξαν την τεχνολογία και είχαν υποβάλει αίτηση για κατοχύρωση ραδιοκυμάτων. Μερικά wags πρότειναν ότι ήταν το πρώτο στον κόσμο, αν και η ομάδα του Allen είναι ένα από τα πολλά παγκοσμίως που εξετάζει τις ίδιες προοπτικές. Πράγματι, σημειωμένος Σέρβος-Αμερικανός επιστήμονας και πιστοποιημένος εγκεφαλικός Νίκολα Τέσλα απέδειξε το φαινόμενο της ασύρματης μετάδοσης ενέργειας πριν από έναν αιώνα. Παρ 'όλα αυτά, ο Allen και η ομάδα του έχουν φτάσει την τεχνολογία σε σημείο που λίγοι άλλοι έχουν. Σύμφωνα με τον Allen, η προτεινόμενη λύση της ομάδας επικεντρώνεται στη ζώνη συχνοτήτων «που είναι περίπου 1MHz και μερικές φορές ονομάζεται« ζώνη AM ». Δεν χρειάζεται να είναι αυτά τα σήματα από τα οποία συλλέγουμε ενέργεια, αλλά εστιάζουμε στα μεσαία κύματα καθώς πιστεύουμε ότι έχουν πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τα κύματα υψηλής συχνότητας. "Στην καρδιά της ιδέας βρίσκεται μια κεραία - μια κεραία Ο Άλλεν μοιάζει με έναν ανεμόμυλο. «Το (ραδιο) κύμα προκαλεί ρεύμα στην κεραία, το οποίο μετατρέπουμε σε DC και εφαρμόζουμε στη συσκευή που απαιτεί ισχύ. Όσο μεγαλύτερη είναι η κεραία, τόσο περισσότερη ισχύ είναι διαθέσιμη. Η κεραία είναι σαν έναν ανεμόμυλο - όσο μεγαλύτερος είναι ο ανεμόμυλος, τόσο περισσότερη ισχύ είναι διαθέσιμη. "

Η Allen μπορεί επίσης να καυχηθεί ότι η τεχνολογία μπορεί να τοποθετηθεί εκ νέου σε υπάρχουσες συσκευές και είναι συγκριτικά συμπαγής. Όσον αφορά τις ανησυχίες ότι η εκτεταμένη συγκομιδή ραδιοκυμάτων μπορεί τελικά να εκκενώσει τόσο μεγάλη ενέργεια που δεν μένει τίποτα, ο Άλεν παίζει ξανά την κάρτα ανεμόμυλων. «Χρησιμοποιούμε κεραίες που είναι πολύ μικρές και έχουν αμελητέα επίδραση στα σήματα - σαν την επίδραση ενός παιδικού ανεμόμυλου στον άνεμο. Εάν είχαμε μια πολύ μεγάλη συσκευή, τότε θα ήταν δύσκολο να λάβουμε ένα σήμα πίσω από αυτό, ακριβώς όπως η έλλειψη ανέμου πίσω από μια μεγάλη ανεμογεννήτρια. "Το προφανές ανοδικό είναι η σταθερότητα της συλλεχθείσας πηγής. Όπως εξηγεί ο Allen, η συλλογή ραδιοκυμάτων δεν εξαρτάται από το φως του ήλιου ή τον άνεμο. Ούτε εξαρτάται από τη θερμική διαφορά (η έννοια πίσω από τη συγκομιδή θερμοηλεκτρικής ενέργειας, που συζητείται αργότερα σε αυτό το άρθρο). Τα ραδιοκύματα είναι πάντα εκεί έξω, κυρίως στις μητροπολιτικές περιοχές. Επιπλέον, λέει ο Allen, «Κυρίως, λειτουργεί καλά σε αγροτικές περιοχές και τα ραδιοκύματα θα πρέπει να έχουν σχετικά καλή διείσδυση σε κτίρια σε σύγκριση με αυτά σε υψηλότερες συχνότητες».

Τα ραδιοκύματα δεν συσκευάζουν έναν τόνο χυμού, οπότε ο Allen και η ομάδα του στοχεύουν επί του παρόντος συσκευές εξαιρετικά χαμηλής ισχύος - προϊόντα όπως κόμβοι δικτύου ασύρματων αισθητήρων που εκτελούν μόνο περιστασιακά ενέργειες που απαιτούν ενέργεια και παραμένουν σε κατάσταση αναμονής. Οι μελλοντικοί υποψήφιοι περιλαμβάνουν τηλεχειριστήρια και ρολόγια.

«Ορισμένες εφαρμογές θα απαιτούν επαναφορτιζόμενες μπαταρίες για να βοηθήσουν στην παροχή ενέργειας, αλλά (ακόμη και θα χρεωθούν) από τη συγκομιδή ενέργειας», λέει ο Allen. «Αυτό θα περιόριζε τη διάρκεια ζωής οποιασδήποτε συσκευής και τελικά η μπαταρία θα υποβαθμιστεί και πρέπει να αντικατασταθεί. Αυτό μπορεί να γίνει μετά από λίγα χρόνια, αλλά διαφέρει λόγω της τεχνολογίας της μπαταρίας, της θερμοκρασίας και του κύκλου φόρτισης. "

Ακόμα, οι υψηλής ροής ρεύματα, όπως τα tablet και οι φακοί, δεν μπορούν ποτέ να αποτελούν μέρος της εικόνας. Και αν είναι - και κοιτάμε προς τα κάτω εδώ - η συλλογή ραδιοκυμάτων σχεδόν σίγουρα δεν θα είναι η μόνη πηγή ενέργειας. Φανταστείτε μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία που εξαρτάται από την «κανονική» επαναφόρτιση, αλλά ενδεχομένως συμπληρώνεται από μια συγχώνευση εναλλακτικών λύσεων για τη συλλογή ενέργειας και αρχίζετε να παίρνετε μια ιδέα για το μέλλον.

Καλές δονήσεις: Συλλογή πιεζοηλεκτρικής ενέργειας

Εν τω μεταξύ, σε κλαμπ χορού σε όλο τον κόσμο, οι προστάτες μπήκαν με χαρά τη νύχτα. Προφανώς θα υπάρχει πάντα μια θέση σε αυτόν τον κόσμο για όσους έχουν αποφασιστικότητα για την περιστροφή. Αλλά αποκλίνουμε. Το σημείο εδώ είναι ότι μερικά από αυτά τα κλαμπ είναι διαφορετικά από άλλα. Φαίνεται ότι υπάρχει μια κίνηση για να «πρασινοποιήσουμε» τις αίθουσες χορού μας. Και από το επαναχρησιμοποιημένο νερό έως τις τουρμπίνες στον τελευταίο όροφο, αυτή η κίνηση αυξάνεται ολοένα και περισσότερο.

Πράγματι, εκτείνεται μέχρι το πάτωμα. Η πίστα, δηλαδή.

Βλέπετε, υπάρχει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας που παράγεται όταν δεκάδες ή εκατοντάδες άνθρωποι αναπηδούν επανειλημμένα στο ρυθμό. Μέχρι τώρα, αυτή η ενέργεια διαλύθηκε στο πάτωμα και ό, τι βρισκόταν κάτω από αυτό. Τι γίνεται όμως αν μπορούσατε να το εκμεταλλευτείτε;

Με την «πιεζοηλεκτρική ενέργεια» μπορείτε. Φαίνεται ότι υπάρχουν συγκεκριμένα υλικά σε αυτόν τον κόσμο, με βάση κρυστάλλινα και κεραμικά, που παράγουν ισχύ όταν πιέζονται. Εάν τοποθετήσετε αυτά τα υλικά σε ένα σημείο όπου θα λαμβάνουν συνεχή χτύπημα - ας πούμε, στο πάτωμα ενός κλαμπ χορού - έχετε έναν τρόπο να αξιοποιήσετε αυτό το χτύπημα και να παράγετε χρήσιμο ηλεκτρικό ρεύμα. Στην πραγματικότητα, εταιρείες όπως το Rotterdam's Sustainable Dance Club κάνουν ήδη αυτό ακριβώς, εγκαθιστώντας φωτιζόμενες πίστα που είναι στην πραγματικότητα αυτοδύναμες.

Η πιεζοηλεκτρική ώθηση δεν περιορίζεται σε κλαμπ χορού. Υπάρχει ένας σιδηροδρομικός σταθμός στο Τόκιο που χρησιμοποιεί το εφέ για να τροφοδοτεί πίνακες και πύλες εισιτηρίων, και ένα πεζοδρόμιο στο Παρίσι που χύνει τους προβολείς.

Στο Cornell Nanoscale Science and Technology στην Ιθάκη της Νέας Υόρκης, βρίσκονται σε εξέλιξη σχέδια για να φέρουν όλα αυτά τα groovy πιεζοηλεκτρικά πράγματα στον κόσμο των καταναλωτών, αν και με μια κάπως διαφορετική προσέγγιση. Το όνομα της στολής είναι MicroGen Systems, Inc, και τα άτομα που εμπλέκονται φαίνονται σε αυτό για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ο Διευθύνων Σύμβουλος Mike Perrotta μας λέει ότι η εταιρεία ιδρύθηκε το 2007 και ιδρύθηκε το 2010 μετά την υπογραφή ενός σημαντικού επενδυτικού συμβολαίου. Η Perrotta εκτιμά ότι οι ώρες του ανθρώπου είναι έως και στο εύρος των 20.000.Στην καρδιά της ώθησης βρίσκεται η αποκλειστική τεχνολογία Piezoelectric Vibrational Energy Harvester (PZEH) της MicroGen. Σύμφωνα με την MicroGen, η ιδέα θα επεκτείνει τη διάρκεια ζωής της επαναφορτιζόμενης μπαταρίας ή θα εξαλείψει εντελώς την ανάγκη για μπαταρίες. Μια πρώιμη παραλλαγή είναι η "BOLT060 MicroPower Generator", ένα μικροσκοπικό gizmo που μοιάζει με CPU υπολογιστή. Λειτουργεί καθαρά με εφαρμοσμένους κραδασμούς και θα πρέπει θεωρητικά να λειτουργεί για 20 ή περισσότερα χρόνια.

Γιατί μια μικροσκοπική τεχνολογία συγκομιδής βασίζεται σε δονήσεις;

«Οι δονήσεις είναι παντού και δεν εξαρτώνται από τη διαφορά θερμοκρασίας, το φως, τη ραδιοσυχνότητα ή άλλους τύπους πηγών», λέει ο Perrotta. «Όλα όσα είναι συνδεδεμένα σε δόνηση και πολλά πράγματα έχουν μια φυσική αρμονική ακόμη και αν δεν είναι συνδεδεμένα σε ηλεκτρικό. Είχαμε ακόμη συνομιλίες σχετικά με την τοποθέτηση αυτών των συσκευών στο στομάχι της αγελάδας, με αισθητήρα θερμοκρασίας και ασύρματο ραδιόφωνο, για την παρακολούθηση της υγείας και των συνθηκών των ζώων. Δεν έχω δει τίποτα να έχει συνδεθεί ακόμα με ζώα. "

Εκτός των βοοειδών, η Perrotta οραματίζεται την πιεζοηλεκτρική τεχνολογία MicroGen σε μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών χαμηλής έλξης. «Σκεφτείτε μας ως ένα μικρό εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας, έτσι το όνομα MicroGen. Οι φακοί και παρόμοια απαιτούν υπερβολική ισχύ (για την τεχνολογία μας) για επαναφόρτιση. Ωστόσο, μπορείτε να έχετε μια εφαρμογή φακού στο κινητό σας και αυτό λειτουργεί πολύ καλά. "

«Τα στεγνωτήρια ρούχων είναι ένα άλλο παράδειγμα, όπου η τρέχουσα τεχνολογία αισθητήρων μετρά μόνο τη μέση υγρασία ολόκληρου του φορτίου, απαιτώντας έτσι περισσότερη ενέργεια. Ο αισθητήρας μπορεί τώρα να μετεγκατασταθεί με τη συσκευή μας να το τροφοδοτεί και, ως εκ τούτου, να δείχνει με μεγαλύτερη ακρίβεια την υγρασία των ρούχων και να σταματήσει το στεγνωτήριο με μεγαλύτερη ακρίβεια. Αυτό θα εξοικονομήσει σημαντική κατανάλωση ενέργειας. Τα συστήματα παρακολούθησης της πίεσης των ελαστικών, τώρα σε κάθε όχημα στις αγορές των ΗΠΑ, του Καναδά και της Ευρώπης, ενδέχεται να έχουν λιγότερη μπαταρία. Εάν όχι, τα συστήματά μας θα διαρκέσουν τη διάρκεια ζωής του αυτοκινήτου, μειώνοντας έτσι τον αριθμό των μπαταριών σε χώρο υγειονομικής ταφής. Πολλά ακόμη παραδείγματα, ειδικά στους βιομηχανικούς και εμπορικούς χώρους, στοχεύουν στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, στη βελτίωση της ασφάλειας και της ασφάλειας. »

Η Perrotta ισχυρίζεται ότι η τεχνολογία αυτή τη στιγμή είναι ικανή να παρέχει αρκετά ήπια 200 μικροβατ, αν και αναμένει ότι ο αριθμός αυτός θα διπλασιαστεί και ίσως τριπλασιαστεί βραχυπρόθεσμα. Η αυξανόμενη απόδοση των κινητών συσκευών θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει. «Σίγουρα έχουμε δει έναν μεγάλο βαθμό μείωσης, της τάξης του 50 έως 80 τοις εκατό, στις ανάγκες ισχύος αυτών των συσκευών, ακόμη και τα τελευταία δύο χρόνια», λέει ο Perotta. «Περιμένουμε ότι θα συνεχιστεί και η παραγωγή ισχύος ανά τετραγωνικό χιλιοστό θα αυξηθεί. Στόχος μας στον χώρο των καταναλωτών είναι η «φόρτιση τικ» μιας κινητής συσκευής, έτσι ώστε οι μπαταρίες να μην εξαντλούνται τόσο γρήγορα μετά την τελευταία φόρτιση.

Βραχυπρόθεσμα, οι συσκευές MicroGen θα συζευχθούν είτε με μπαταρία στερεάς κατάστασης είτε με σούπερ πυκνωτή. Αλλά ο τελικός στόχος, λέει, «είναι να μην έχει μπαταρία. Ωστόσο, τα περισσότερα εξαρτώνται από τις τάσεις γύρω από τους αισθητήρες και τις ανάγκες ασύρματης ραδιοφωνικής ισχύος. "

Το κατά πόσον η λύση της MicroGen επιτυγχάνει αυτούς τους στόχους πρέπει να εξεταστεί, αν και το απλό δυναμικό ήταν αρκετό για να αναγκάσει την Αρχή Έρευνας και Ανάπτυξης Ενέργειας της Νέας Υόρκης να χορηγήσει στην εταιρεία επιχορήγηση 1,2 εκατομμυρίων δολαρίων πριν από ένα μήνα.

Κονσέρβες θερμότητας: Συγκομιδή θερμοηλεκτρικής ενέργειας

Εάν η αξιοποίηση της ενέργειας από τα ραδιοκύματα και τις δονήσεις φαίνεται πιθανότατα υπερβολικό - το έκανε ποτέ ο Jetsons; - δοκιμάστε αυτήν την έννοια για μέγεθος: Power από θερμοκρασία σώματος.

Ωστόσο, ακριβώς αυτό εργάζονται στο Κέντρο Νανοτεχνολογίας και Μοριακών Υλικών του Πανεπιστημίου Wake Forest. Η τεχνολογία ονομάζεται «θερμοηλεκτρικό» και η προσέγγιση Wake Forest για τη θερμοηλεκτρική ονομάζεται «Power Felt». Φαίνεται ότι απλώς αγγίζοντας αυτό το μυστηριώδες ύφασμα, η θερμότητα του σώματος μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα.

Στη συνέχεια θα μας πουν το φεγγάρι δεν φτιαγμένο από τυρί.

Λοιπόν, τι ακριβώς είναι αυτό το Power Felt; Για αρχάριους, μοιάζει πραγματικά με ύφασμα. Φουτουριστικό ύφασμα, σίγουρα, αλλά ύφασμα. Κατασκευασμένο από νανοσωλήνες άνθρακα που είναι κλειδωμένοι σε εύκαμπτες πλαστικές ίνες, φαινομενικά μπορεί να «τυλίγεται» γύρω από σχεδόν οτιδήποτε. Οι λαοί στο Wake Forest το αποκαλούν «φορετή δύναμη». Και μετά πηδούν στα διαστημόπλοιά τους και πετούν στον γαλαξία τους.

Θα αφήσουμε τον διδακτορικό, David Carroll, καθηγητή Φυσικής στο Wake Forest και τον εφευρέτη του Power Felt, να αναλύσει τις περιπλοκές.

«Τα υλικά μας λειτουργούν όπως λειτουργεί κάθε θερμοηλεκτρική μονάδα. Φανταστείτε ότι κρατάτε στο χέρι σας μια μεταλλική ράβδο. Το πιάνετε σφιχτά στο ένα άκρο της ράβδου ενώ το άλλο άκρο είναι ελεύθερο. Τώρα τα ηλεκτρόνια που δημιουργούν το μέταλλο είναι ελεύθερα να κινούνται και το χέρι σας τα θερμαίνει. Έτσι κάτω από το χέρι σας τα ηλεκτρόνια κινούνται πιο γρήγορα από ό, τι τα ηλεκτρόνια στο άλλο άκρο της ράβδου. Αυτό σημαίνει ότι αυτά τα ηλεκτρόνια θα εξαπλωθούν γρήγορα και θα απομακρυνθούν από την πηγή θερμότητας. Μεταβαίνοντας στο ψυχρό άκρο, αφήνουν πίσω τους έλλειμμα ηλεκτρονίου στο καυτό άκρο. Δημιουργούν ένα πλεόνασμα ηλεκτρονίων στο κρύο άκρο. Αυτό δημιουργεί μια τάση, που ονομάζεται θερμοηλεκτρική τάση, και εφόσον υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας, αυτές οι τάσεις υπάρχουν. "

Φανταστείτε μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία που εξαρτάται από την «κανονική» επαναφόρτιση, αλλά ενδεχομένως συμπληρώνεται από μια συγχώνευση εναλλακτικών λύσεων συλλογής ενέργειας και αρχίζετε να παίρνετε μια ιδέα για το μέλλον που μπορεί να κρατήσει »Το πρόβλημα είναι ότι τελικά το άλλο άκρο θερμαίνεται λόγω του θερμοαγωγιμότητα του μετάλλου. Με τη χρήση πολλών νανοϊνών σε μια πλαστική μήτρα, αντί της μεταλλικής ράβδου, τα ηλεκτρόνια μπορούν ακόμα να κινούνται κάτω από τις μεταλλικές οδούς των ινών, αλλά η θερμότητα είναι μπλοκαρισμένη επειδή δεν μεταφέρεται διαμέσου των κόμβων από ίνες σε ίνες. Έτσι φτιάξαμε τα υφάσματα μας. Οι «μεταλλικές» ίνες μας είναι νανοσωλήνες άνθρακα. Και μέσα στα υφάσματα υπάρχουν στρώματα πάνω σε στρώματα ηλεκτρονικών νανοϊνών, επιτρέποντας στα ηλεκτρόνια και τις τρύπες να ρέουν ελεύθερα. "

Ο Κάρολ επαινεί τις αρετές της εφεύρεσής του, αλλά είναι εξίσου ρεαλιστικός. Δεν θα αντικαταστήσει τις μπαταρίες. Όχι ακόμα. Ούτε θα λειτουργήσει εκτός εάν «υπάρχουν μεγάλες περιοχές κλίσης θερμοκρασίας». Το ανθρώπινο σώμα είναι ένα εφαρμόσιμο σημείο. Το ίδιο ισχύει και για την κουκούλα ενός αυτοκινήτου ή τα καθίσματα ενός αεροπλάνου.

«Θα κάνει τη χρήση λιγότερο ακριβών μπαταριών πιο ελκυστική από την άποψη της αγοράς. Γενικά, για εισαγωγή στην αγορά, δεν θέλετε να αλλάξετε πάρα πολύ γρήγορα, επομένως θα συνδυαστεί με τις υπάρχουσες τεχνολογίες μπαταριών. Τα κινητά σας τηλέφωνα θα διαρκέσουν περισσότερο με μία χρέωση. Ένα τζετ επιβατών μπορεί να μπορεί να χρησιμοποιεί μικρότερες εσωτερικές γεννήτριες, εξοικονομώντας βάρος και χρήματα. "

Αν και η Power Felt δεν θα τρέξει ποτέ ηλεκτρικό αυτοκίνητο ή συσκευές που καταναλώνουν ενέργεια όπως ψυγεία (η Carroll μας λέει ότι ένα τετραγωνικό εκατοστό παράγει «νανοβατ έως δέκατα των μικροβατ, ανάλογα με το πάχος»), προφανώς, θα είναι αρκετά ικανό να αυξήσει τις τρέχουσες δομές ισχύος σε τέτοιες εφαρμογές. «Φανταστείτε», λέει ο Carroll, «μειώνοντας το χρόνο φόρτισης του υβριδικού σας αυτοκινήτου επειδή η ανάκτηση θερμότητας προέρχεται από τον κινητήρα ψύξης ή τους επιβάτες μέσα».

Η Carroll φαίνεται επίσης να κατασκευάζει κατοικίες, λέγοντας ότι η Power Felt θα μπορούσε να αντικαταστήσει το Tyvek για να «παράγει τόση ισχύ σε μια φθηνή ηλιακή συστοιχία».

Η Carroll κάνει μια θήκη για το Power Felt στον κόσμο των κινητών, υποδηλώνοντας ότι ένα δείγμα θα μπορούσε να συμπεριληφθεί στο κάλυμμα των μπαταριών στο σημείο κατασκευής. Με την απλή τοποθέτηση των εν λόγω μπαταριών σε «κάτι ζεστό», αυτοί φορτίζονται εν μέρει. Αλλά για άλλη μια φορά, μέχρι στιγμής ούτως ή άλλως, είναι θέμα αύξησης και όχι αντικατάστασης κανονικής φόρτισης μπαταρίας. Ο Κάρολ ρωτάει: «Πήγατε ποτέ στο αεροδρόμιο και το τηλέφωνό σας είχε εξαντληθεί; Δεν θα ήταν ωραίο να κάνετε μια τελευταία κλήση για κάποιον να σας παραλάβει; Η δύναμη από τη θερμότητα του σώματός σας θα μπορούσε να το κάνει αυτό. "

Τρέχοντας άνθρωπος: Συλλογή ενέργειας από ανθρώπινη κίνηση

Μέχρι στιγμής έχουμε δει ένα τρίο από έννοιες που είναι προφανώς έτοιμες να βοηθήσουν στη μείωση της εξάρτησής μας από τις παραδοσιακές πηγές ενέργειας, αλλά γενικά δεν έχουν το oomph να αντικαταστήσει πλήρως αυτές τις πηγές. Αυτή η τάση συνεχίζεται για την τέταρτη και τελευταία είσοδο μας, βιομηχανική συγκομιδή ενέργειας «ανθρώπινης κίνησης». Αυτό είναι σωστό, αυτή η τεχνολογία αξιοποιεί τη δύναμη από την απλή πράξη της κίνησης. Θέλετε να φορτίσετε το Android σας; Καλύτερα να αρχίσετε να πιείτε την μπύρα λίγο πιο γρήγορα.

Αστειευόμενος, αποδεικνύεται ότι η βιομηχανική συλλογή ενέργειας δεν είναι η νέα ιδέα που μπορεί να φαίνεται αρχικά. Θυμάστε τους παλιούς προβολείς ποδηλάτων που θα τραβούσαν την ισχύ από μια γεννήτρια που περιστρέφεται στην περιστροφή των ελαστικών σας; Αυτό ήταν ένα απόλυτα αξιοπρεπές - αν όχι παράλογα κουραστικό - παράδειγμα της ίδιας διαδικασίας.

Αλλά στο νότιο ημισφαίριο, έχουν μια ελαφρώς διαφορετική άποψη για το θέμα. Εδώ, στο Εργαστήριο Βιομετρικής στο Ινστιτούτο Βιομηχανικής του Ώκλαντ, αφιερωμένη λαϊκή συσσώρευση στο σκοτάδι (και επίσης στη φωτεινότητα - αυτό δεν είναι καμιά μάγισσα) για να επινοήσει έναν καλύτερο τρόπο. Νομίζουν ότι το έχουν βρει.

Η ιδέα τους, τουλάχιστον αρχικά, καταργεί εντελώς το στοιχείο ποδηλάτου και σας ζητά να περπατήσετε (ή να τρέξετε) αντ 'αυτού. Ο Ben O'Brien της SoftGen, η εταιρεία που ξεκινά τη ζωή του γύρω από την ιδέα, παρέχει περισσότερες πληροφορίες.

«Για φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, θέλουμε να καταγράψουμε αλλιώς σπατάλη ενέργειας, έτσι ώστε ο χρήστης να μην αισθάνεται το επιπλέον φορτίο. Για παράδειγμα, όταν περπατάμε, τα πέλματα των παπουτσιών μας συμπιέζονται. Αυτή η συμπίεση απαιτεί ενέργεια, ενέργεια που χάνεται ως θερμότητα. Αν αντ 'αυτού αντικαταστήσουμε ένα μέρος της σόλας με μια μαλακή γεννήτρια, μπορούμε να συλλάβουμε αυτήν την ενέργεια και να την μετατρέψουμε σε ηλεκτρική ενέργεια. "

Όπως όλες οι τεχνολογίες που έχουμε παρουσιάσει, η θεμελιώδης ιδέα του SoftGen είναι ήδη εδώ και αρκετό καιρό. Στην περίπτωση των «γεννητριών τακουνιών», όπως λένε, αυτό το χρονικό πλαίσιο εκτείνεται εδώ και δεκαετίες. Αλλά η SoftGen έχει προσθέσει μια νέα ρυτίδα με τη μορφή «τεχνητών μυών γεννήτριες». Εφευρέθηκαν στην Καλιφόρνια στα τέλη της χιλιετίας, οι γεννήτριες τεχνητών μυών είναι, πιστεύουν η O'Brien και η εταιρεία, η σπίθα που μεταφέρει τις γεννήτριες τακουνιών στο μέλλον.

«Η βασική ιδέα», εξηγεί ο O'Brien, «είναι η εφαρμογή ηλεκτρικού φορτίου σε παραμορφωμένη ελαστομερή μεμβράνη. Όταν η παραμόρφωση χαλαρωθεί, το φορτίο αυξάνεται σε υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Κυκλώνοντας την παραμόρφωση και ελέγχοντας όταν ενεργοποιείτε και απενεργοποιείτε τη φόρτιση, μπορείτε να παράγετε ενέργεια με περίπου 10 φορές την ενεργειακή πυκνότητα των ανταγωνιστικών τεχνολογιών. Όλα αυτά με κάτι τόσο απλό όσο ένα κομμάτι καουτσούκ. " "Το κόλπο, και εδώ μπαίνει η ομάδα μας, έγκειται στον έλεγχο αυτών των γεννητριών για την παραγωγή χρήσιμης ενέργειας χρησιμοποιώντας κυκλώματα που είναι αρκετά μικρά και αρκετά ελαφριά για φορητές εφαρμογές."

Η O'Brien υποβαθμίζει την ιδέα ενός μέλλοντος χωρίς μπαταρία, λέγοντας ότι η ενέργεια πρέπει να "εξομαλυνθεί" και να αποθηκευτεί για περιόδους μικρότερης δραστηριότητας. Όσο για τους «απλούς» πρώιμους στόχους για τη συλλογή ενέργειας της μάρκας SoftGen, ο O'Brien λέει ότι οι γεννήτριες τακουνιών «θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν έντονα φώτα για ασφάλεια τη νύχτα, ηλεκτρονικά ενσωματωμένα στο παπούτσι (a la the Nike + σειρά προϊόντων) και ιατρική παρακολούθηση για ποδίατρους , "Προσθέτοντας ότι," Η συγκεκριμένη θέση μας είναι εφαρμογές χαμηλής κατανάλωσης. Εργαζόμαστε για να έχουμε την τεχνολογία σε ένα πραγματικό καταναλωτικό προϊόν σύντομα. "

Δεν φαίνεται να υπάρχει έλλειψη προσβάσιμης ενέργειας στη βρύση όταν το πόδι χτυπά το έδαφος. Σε Τα ενεργειακά παπούτσια για τρέξιμο και τρέξιμο, Ο Martyn R. Shorten ισχυρίζεται ότι μπορεί να υπάρχουν έως και 10 joule (1 joule = η εργασία που απαιτείται για την παραγωγή ενός watt ισχύος για ένα δευτερόλεπτο) σπατάλης ενέργειας ανά κάθε βήμα. Αυτό, φυσικά, είναι μουσική στα αυτιά ανθρώπων όπως ο O'Brien. «Θεωρητικά, αν μπορούσατε να τα καταγράψετε όλα αυτά, θα μπορούσατε να φορτίσετε πλήρως ένα έξυπνο τηλέφωνο από ένα μόνο παπούτσι σε μισή ώρα. Και τα παπούτσια σας δεν θα νιώθουν διαφορετικά από τώρα. "

Η O'Brien χαιρετίζει τις εναλλακτικές τεχνολογίες συλλογής ενέργειας, αναγνωρίζοντας ότι αυτό που μπορεί να ταιριάζει σε ορισμένες καταστάσεις ή με συγκεκριμένους ανθρώπους δεν θα είναι πανάκεια για όλους. «Το σπουδαίο πράγμα για την ανθρώπινη δύναμη κίνησης είναι ότι είναι πάντα διαθέσιμο όπου είμαστε. Αυτό μπορεί να μην είναι μεγάλη υπόθεση όταν πηγαίνετε στο σπίτι στο τέλος της ημέρας και έχετε εύκολη πρόσβαση σε μια πρίζα τοίχου, αλλά καθώς ο αριθμός των ηλεκτρονικών συσκευών που μεταφέρουμε αυξάνεται, γίνεται ενόχληση για τη φόρτιση όλων αυτών. Τώρα, σκεφτείτε όλες τις ώρες που δεν βρίσκεστε δίπλα σε μια πρίζα τοίχου ή εάν ταξιδεύετε σε μια χώρα με διαφορετικά βύσματα, ή έχετε πάει εκτός δικτύου - πεζοπορία ή πεζοπορία - ή λόγω κακής υποδομής ή μετά από καταστροφή . Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, η ανθρώπινη δύναμη κίνησης γίνεται μια πολύ ελκυστική ιδέα. "

[Image credit: Ινστιτούτο Βιομηχανικής του Ώκλαντ]

Επιστροφή από το μέλλον

Πολύ νωρίτερα σε αυτό το άρθρο συζητήσαμε τη διαμεσολάβηση των μέσων ενημέρωσης που περιβάλλει το μοντέλο συλλογής ραδιοκυμάτων του U του Bedfordshire. Έκτοτε μάθαμε ότι ο Μπεν Άλεν και η ομάδα του είναι μόνο μία από τις ομάδες τέτοιων ομάδων παγκοσμίως που εργάζονται σε μια ποικιλία τεχνολογιών συλλογής ενέργειας μικρής κλίμακας.

Ωστόσο, οι περισσότερες από αυτές τις έννοιες απέχουν ακόμη πολύ από το να είναι πλήρως πρωταρχικός χρόνος. Πράγματι, δεν υπάρχει έλλειψη ανθρώπων που ισχυρίζονται ότι ορισμένες προσεγγίσεις για τη συγκομιδή μικρο-ενέργειας δεν θα είναι ποτέ μια σοβαρά βιώσιμη λύση. Μείνετε απασχολημένοι σε σημεία όπως το Φόρουμ Φυσικής, για παράδειγμα, όπου θα βρείτε ένα φιγούρα υπερ-επιστημονικών τύπων που ασχολούνται με το θέμα - πολλά με λιγότερο από ευνοϊκά συμπεράσματα.

Το πρωταρχικό ζήτημα είναι, όπως καλύψαμε νωρίτερα, μάλλον αδύναμο υλικό προέλευσης. Όταν χρειάζεστε βατ και η συσκευή συλλογής παράγει μόνο νανοβατ ή μικροβατ, υπάρχει σαφώς ένα τεράστιο κενό. Αυτό το κενό μπορεί να καλυφθεί μερικά με περαιτέρω τεχνολογικές προόδους (συγκομιδή), συνδυάζοντας πολλές τεχνολογίες ή διατηρώντας μόνιμα μια εξειδικευμένη συσκευή αποθήκευσης ενέργειας (μπαταρία) κάποιας περιγραφής. Αλλά όλες αυτές οι λύσεις προσθέτουν το μεγαλύτερο μέρος, την πολυπλοκότητα, το κόστος και τον χρόνο Ε & Α.

Επιπλέον, η ιδέα ότι οποιαδήποτε από τις τεχνολογίες ή ο συνδυασμός τεχνολογιών που έχουμε προτείνει θα αντικαταστήσει εντελώς την παραδοσιακή ισχύ σε συσκευές υψηλής σχεδίασης (φακοί, tablet, smartphone κ.λπ.) είναι φανταστική στην καλύτερη περίπτωση.

Εν τω μεταξύ, άλλες ήδη εδραιωμένες τεχνολογίες συνεχίζουν να εξελίσσονται - η ηλιακή ενέργεια είναι αναμφισβήτητα το καλύτερο παράδειγμα. Οι εφαρμογές ηλιακής ενέργειας μεγάλης κλίμακας είναι πλέον συνηθισμένες, αλλά η ηλιακή ενέργεια μικρής κλίμακας είναι ήδη εδώ - και φαίνεται ότι κάνει μια χαρά. Κάποιος πρέπει να διερευνήσει τον τεράστιο αριθμό ηλιακών εξοπλισμένων ραδιοφώνων και φακών, ακόμη και φορτιστών μπαταριών που κυκλοφορούν σήμερα στην αγορά για να δούμε πόσες εταιρείες έχουν ήδη πηδήξει στο παιχνίδι.

Αλλά σε έναν κόσμο που μασάει τη δύναμη σαν ένα σκυλί μέσω μιας ζουμερής μπριζόλας, θα υπάρχει σαφώς μια αυξανόμενη ανάγκη για «εναλλακτική» δύναμη που δεν βασίζεται στον ήλιο (ή στον άνεμο) - ακόμα κι αν αυτές οι λύσεις είναι αυξητικές παραδοσιακές πηγές, ή μεταξύ τους. Λαμβάνοντας υπόψη ότι κάθε μία από αυτές τις τεχνολογίες είναι προφανώς κατάλληλη για μια τόσο μεγάλη ποικιλία εφαρμογών - και όταν λαμβάνεται ως ομάδα φαίνεται να καλύπτει σχεδόν όλες τις βάσεις - βλέπουμε ένα λαμπρό μακροπρόθεσμο μέλλον για όσους μπορούν να προσαρμόσουν καλύτερα τις ιδέες τους σε όλο το φάσμα .