Następnym razem, gdy wybiegniesz na lotnisko, by złapać samolot lub popsuć ruch na parkiecie, możesz również generować czystą, zieloną energię. Przynajmniej taka jest nadzieja Xudong Wanga i jego zespołu badaczy z University of Wisconsin-Madison.
Inżynierowie wymyślili nowy rodzaj podłogi wykonanej z trwałych materiałów, która zamienia kroki w energię użytkową. A najlepsze jest to, że jest wykonany ze zwykłego materiału odpadowego: ścieru drzewnego.
Przy oczekiwanym wzroście cen ropy tuż za rogiem, niezbędne jest znalezienie nowych źródeł energii - zielonej energii. Chociaż wydaje się, że energia słoneczna utrzymuje się, przy zdolności produkcyjnej energii słonecznej w USA o 43 procent każdego roku, a inne innowacje, takie jak tekstylia słoneczne miesiące od rynku, wciąż trzeba myśleć poza słonecznym oknem.
Wejdź do Wanga i jego zespołu badawczego.
„Jest to zupełnie inne źródło energii” - mówi Wang, profesor nadzwyczajny inżynierii materiałowej i inżynierii materiałowej na UW-M. Badania zostały przeprowadzone przez Wanga, jego doktoranta, Chunhua Yao i kilku innych, i zostały opublikowane we wrześniu w Nano Energy . „Energia słoneczna pochodzi od słońca, a ten rodzaj energii pochodzi od spacerujących ludzi lub przejeżdżających rowerów. I jest wykorzystany zupełnie inaczej. ”
Ma również zupełnie inne obszary zastosowania niż słoneczne, ponieważ nie zależy od słonecznego nieba do pracy; wystarczy kilka osób, aby przejść przez to. Podłoga Wanga wytwarza energię poprzez wibracje, które są znane jako tryboelektryczność.
„Używamy tryboelektrycznej tablicy do pozyskiwania energii wykonanej z włókien celulozowych poddanych obróbce chemicznej w celu przyciągnięcia elektronów”, mówi Wang, który przyznaje, że szczegółów chemicznych nie można uwolnić, dopóki proces przeglądu patentu nie zostanie zakończony.
Naukowcy poddali chemicznej obróbce nanowłókna pulpy drzewnej, z której wykonano podłogę, za pomocą dwóch różnie naładowanych materiałów, tak że gdy ktoś przechodzi przez podłogę, włókna te następnie oddziałują na siebie, podobnie jak elektryczność statyczna. Elektrony uwalniane przez te wibracje są następnie wychwytywane przez kondensator, który jest przymocowany do podłogi, a energia jest magazynowana do późniejszego wykorzystania. Podłącz akumulator lub inne urządzenie do kondensatora, aby można było wykorzystać energię.
Nanowłókna pulpy drzewnej w posadzce są poddawane obróbce chemicznej dwoma różnie naładowanymi materiałami, dzięki czemu, gdy ktoś przechodzi przez podłogę, włókna te oddziałują ze sobą. (Stephanie Precourt / UW-Madison College of Engineering) Wang uważa, że jego podłoga może być kolejną wielką rzeczą dla zielonego budynku, ponieważ jest niedrogim odnawialnym źródłem energii, które wykorzystuje surowce wtórne. Instalowanie tego rodzaju podłóg jest znacznie bardziej wykonalne niż jego droższe odpowiedniki, takie jak panele słoneczne, ze względu na zastosowanie zrównoważonej - i obfitej - ścieru drzewnego.
Wang mówi, że można go umieścić w obszarach o dużym natężeniu ruchu pieszego, takich jak lotniska, stadiony sportowe lub centra handlowe. Wang Wang ma nadzieję, że podłogi tryboelektryczne wykroczą poza użytek komercyjny i zinfiltrują domy jako podłogi, które mogą ładować światła i urządzenia. Produkt końcowy będzie wyglądał podobnie do drewnianych podłóg już zainstalowanych w milionach domów.
Chodzi o to, by w końcu wykorzystać ten innowacyjny projekt do przechwytywania „pobocznej energii”. Jednak projekt Wanga nie jest podobny do obecnej technologii stosowanej już do tego rodzaju zbiorów - materiałów piezoelektrycznych na bazie ceramiki - i, jak mówi Wang, „ścieru drzewnego może być bardziej podatny na trudne warunki ”, co oznacza, że do zastąpienia asfaltu potrzebowałby lepszego interfejsu lub opakowania.
Jak każdy rodzaj nowej technologii, pojawią się pewne wstępne ograniczenia.
„Największym wyzwaniem dla energii tryboelektrycznej jest jej niekonwencjonalność” - mówi Eric Johnson, redaktor naczelny czasopisma Environmental Impact Assessment Review . „Aby odnieść sukces, potrzebuje inwestycji. Inwestorzy lubią znajomość, jeśli nie pewność - coś, co wiedzą. ”
Johnson podkreśla, że wiele obecnych technologii głównego nurtu napotyka podobne przeszkody. Na przykład energia słoneczna, kiedyś trudna do przełknięcia, teraz dosłownie dominuje na rynku energii odnawialnej.
Niezależnie od tego, ponieważ branża energii alternatywnej nadal robi duże postępy na rynku, Johnson twierdzi, że decyzja o wprowadzeniu wielu z tych innowacji zasadniczo zależy w mniejszym stopniu od faktycznej technologii, a bardziej od ekonomii i postrzeganego bezpieczeństwa.
Dlatego Wang i jego zespół muszą najpierw zbudować prototyp, aby przetestować podłogę na większą skalę.
„Obecnie mały kawałek, który testujemy w naszym laboratorium, ma około czterech centymetrów kwadratowych i może wytworzyć jeden miliwat mocy”, mówi Wang. Zespół przeprowadził proste obliczenia dla powierzchni podłogi o wymiarach 10 stóp na 10 stóp pokrytej ich podłogą tryboelektryczną. Zakładając, że średnio 10 osób chodziło po tym obszarze i każda osoba robiła dwa kroki na sekundę, ogólna wydajność energetyczna wynosiłaby około 2 dżule na sekundę. Innymi słowy, Wang twierdzi, że ilość wytworzonej energii odpowiadałaby około 30 procentom baterii iPhone'a 6.
„Ponieważ jest to tak opłacalne podejście, ponieważ wykorzystuje materiały z recyklingu”, mówi Wang, „staramy się przekształcić je w duże panele podłogowe, aby zainstalować je w miejscach o dużym natężeniu ruchu, aby naprawdę sprawdzić, ile mocy można wyprodukować”.
Współpracują z pracującym w Madison Forest Product Laboratory, które jest jedynym federalnym laboratorium zajmującym się badaniem produktów leśnych i wykorzystywane głównie przez US Forest Service. Laboratorium dostarcza nie tylko włókno ze ścieru drzewnego, ale także pomaga zespołowi stworzyć większy prototyp.
Na szczęście Wang może wybrać obszar o dużym natężeniu ruchu w kampusie UW-M, aby go przetestować. Z ponad 43 000 studentów na terenie kampusu, jego prototyp z pewnością będzie miał duży trening.
