Až příště projíždíte letištěm, abyste chytili své letadlo nebo narazili na taneční parket, můžete také vytvářet čistou zelenou energii. Alespoň to je naděje Xudonga Wanga a jeho týmu vědců z University of Wisconsin-Madison.
Inženýři vymysleli nový typ podlah vyrobených z udržitelných materiálů, které přeměňují kroky na využitelnou energii. A nejlepší na tom je, že je vyroben z běžného odpadu: dřevěné buničiny.
S očekávaným nárůstem cen ropy hned za rohem je nezbytné najít nové zdroje energie - zelenou energii. I když se zdá, že se solární energie drží, solární kapacita USA roste každý rok o 43 procent a další inovace, jako jsou solární textilie měsíce od uvedení na trh, stále je třeba myslet mimo okno se slunným oknem.
Zadejte Wang a jeho výzkumný tým.
"Jedná se o zcela odlišný zdroj energie, " říká Wang, docent na materiálové vědy a inženýrství na UW-M. Výzkum provedl Wang, jeho postgraduální student, Chunhua Yao a několik dalších, a byl publikován v Nano Energy letos v září. "Solární energie pochází ze slunce a tento druh energie pochází od lidí, kteří jdou nebo kolem projíždějí kola." A je využíván úplně jinak. “
Má také úplně jiné oblasti použití než sluneční, protože nezávisí na práci slunečného nebe; vše, co potřebuje, je jen pár lidí, kteří to projdou. Wangova podlaha generuje energii prostřednictvím vibrací, které se nazývají triboelektrické.
„Používáme desku pro získávání triboelektrické energie vyrobené z celulózových vláken, která jsou chemicky ošetřena tak, aby přitahovala elektrony, “ říká Wang, který uznává, že chemické detaily nelze uvolnit, dokud není proces přezkumu patentů dokončen.
Vědci chemicky ošetřili nanovlákna dřevěné buničiny, ze kterých je podlaha vyrobena, ze dvou různě nabitých materiálů, takže když někdo chodí po podlaze, tato vlákna pak vzájemně reagují, podobně jako statická elektřina. Elektrony uvolněné touto vibrací jsou pak zachyceny kondenzátorem, který je připojen k podlaze a energie je uložena pro pozdější použití. Připojte baterii nebo jiné zařízení do kondenzátoru a můžete použít energii.
Nanovlákna dřevěné buničiny v podlaze jsou chemicky ošetřena dvěma různě nabitými materiály, takže když někdo chodí po podlaze, tato vlákna spolu vzájemně reagují. (Stephanie Precourt / UW-Madison College of Engineering) Wang věří, že jeho podlaha by mohla být další velkou věcí pro zelenou budovu, protože je to levný obnovitelný zdroj energie, který využívá recyklovatelné materiály. Instalace tohoto typu podlah je mnohem výhodnější než jeho dražší protějšky, jako jsou solární panely, kvůli použití udržitelné - a hojné - buničiny.
Wang říká, že by mohl být umístěn v oblastech s vysokou úrovní pěší dopravy, jako jsou letiště, sportovní stadiony nebo obchodní centra. Ve skutečnosti Wang doufá, že se triboelektrická podlaha rozšíří nad komerční využití a infiltruje domy jako podlahy, které mohou nabíjet světla a spotřebiče. Konečný produkt bude vypadat podobně jako dřevěné podlahy instalované v milionech domácností.
Cílem je nakonec použít tento inovativní design k zachycení „energie na silnicích“. Přesto, Wangův design není jako současná technologie již použitá pro tento typ sklizně - piezoelektrické materiály na bázi keramiky - a, jak říká Wang, „buničina ze dřeva. může být zranitelnější vůči drsným podmínkám, “což znamená, že k nahrazení asfaltu by bylo zapotřebí lepšího rozhraní nebo obalu.
Stejně jako u každého typu nové technologie budou existovat určitá počáteční omezení.
„Největší výzvou pro triboelektrickou energii je její nekonvenčnost, “ říká Eric Johnson, hlavní emeritus časopisu Environmental Impact Assessment Review . "K úspěchu je zapotřebí investice." Investoři mají rádi známost, ne-li jistotu - něco, co vědí. “
Johnson poukazuje na to, že mnoho současných tradičních technologií mělo podobné překážky, které měly skočit. Například solární energie, kdysi těžko spolknutelná koncepce, nyní doslova dominuje na trhu s obnovitelnou energií.
Bez ohledu na to, protože alternativní energetický průmysl na trhu stále dělá významné kroky, Johnson říká, že rozhodnutí postupovat vpřed s mnoha z těchto inovací obecně méně závisí na skutečné technologii a více na ekonomice a vnímané bezpečnosti.
Wang a jeho tým tedy nejprve potřebují postavit prototyp, který by testoval podlahu ve větším měřítku.
"Právě teď je malý kus, který testujeme v naší laboratoři, asi čtyři čtvereční palce a může vyrobit jeden miliwatt energie, " říká Wang. Tým provedl jednoduchý výpočet podlahové plochy o rozměrech 10 stop po 10 stopách pokryté jejich triboelektrickými podlahami. Předpokládáme-li, že po oblasti chodilo v průměru 10 lidí a každá osoba podnikla dva kroky každou sekundu, celkový energetický výkon by byl zhruba 2 Jouly za sekundu. Jinak řečeno, Wang říká, že množství vyrobené energie by se rovnalo asi 30 procentům baterie iPhone 6.
"Protože se jedná o takový nákladově efektivní přístup, protože používá recyklované materiály, " říká Wang, "pokoušíme se udělat z velkých podlahových panelů a nainstalovat je na místo s vysokým provozem, abychom skutečně vyzkoušeli, kolik energie lze vyrobit."
Pracují s Madison-based Forest Product Laboratory, což je jediná federální laboratoř, která se věnuje výzkumu lesních produktů a používá ji především americká Forest Service. Laboratoř dodává nejen vlákninu z buničiny, ale také pomáhá týmu vytvořit větší prototyp.
Naštěstí si Wang může vybrat areál s vysokou dopravou v areálu UW-M a vyzkoušet ho. S více než 43 000 studenty na koleji v jakémkoli daném místě, bude jeho prototyp určitě mít hlavní cvičení.
