Новое покрытие для пола заряжается энергией шагов
Двигаться по дороге к возобновляемой энергии нужно семимильными шагами. В буквальном смысле. Ученые из Университета Висконсина и Forest Products Laboratory в Мэдисоне считают, что могут использовать механическую энергию человеческих шагов при помощи обычного напольного покрытия. Они предлагают использовать химически обработанные нановолокна целлюлозы в древесной целлюлозе, которые производят электрические заряд, вступая в контакт с необработанными нановолокнами.
«Мы всегда искали доступную масштабируемую технологию, которая сможет эффективно собирать механическую энергию из окружающей среды», говорит Сюйдун Ван, доцент кафедры материаловедения и инженерии в Университете Висконсина.
После двух лет работы над этой технологией Ванг пришел к трибоэлектрическому наногенератору (ТЭНГ). Трибоэлектричество похоже на явление, которое производит статистическое электричество на одежде.
В случае с ТЭНГом, два различных материала с различными возможностями привлечения электронов устанавливаются в напольное покрытие. Волокна обрабатываются химически, чтобы сделать их более привлекательными для электронов или более отталкивающими. Как только человек ступает на пол, материалы вступают в контакт и обмениваются зарядом. После того как контакт разрывается — нога отрывается от пола — заряд течет обратно через внешнюю цепь.
Пол с ТЭНГом будет наиболее подходящим в районах с высоким пешеходным потоком вроде торговых центров, станций метро или даже спортивных стадионов. Ванг говорит, что стадион, заполненный 80 000 человек, может осветить сам себя всего за один шаг всех этих людей.
Предпринимались и другие попытки, рассматривались другие технологии вроде того, что Ван называет сбором дорожной энергии. К примеру, пьезоэлектрические устройства, собирающие энергию колебаний дорожного движения при помощи пьезоэлектрического кристалла, помещаются чуть ниже поверхности асфальта. Кристалл слегка сгибается, когда дорогу пересекает транспортное средство, вырабатывая электрический ток. Технологию уже использовали в Японии и Израиле. Тем не менее керамические материалы, используемые при изготовлении этого устройства, дорогие и токсичные.
«В трибоэлектрическом концепте выбор материалов намного шире, и мы можем использовать много дешевых, экологически чистых и даже биоразлагаемых материалов», говорит Ван. Он считает, что стоимость включения этой технологии увеличит общие расходы на обустройство полов не больше чем на 20%.
В настоящее время Ван разрабатывает прототип, но считает, что эту технологию можно будет использовать для самых разных видов напольных покрытий, а срок службы системы может потенциально превысить срок службы самого пола.
Инновации с использованием более традиционных возобновляемых источников энергии, например, солнца, прокладывают путь для производства энергии в масштабах целой страны. Многие страны все чаще задумываются о том, чтобы превратить дороги в золото: заставить их собирать солнечный свет, который пойдет на благо жителей.
Считается, что первую солнечную дорогу построили Нидерланды — если точнее, велосипедную дорожку — в 2014 году. Скромная голландская 90-метровая дорожка SolaRoad состоит из бетонных модулей с полупрозрачным верхним слоем из закаленного стекла. Под стеклом располагаются кристаллические кремниевые солнечные элементы. В марте голландская компания объявила о планах на другой проект в Калифорнии.
В начале этого года Франция объявила, что создаст 1000 километров солнечных дорог за следующие пять лет. Этим займется компания Colas со своей солнечной системой Wattway. Colas оценивает, что каждый километр солнечных дорог сможет вырабатывать энергию, необходимую для 5000 человек. Соответственно, общий проект обеспечит электричеством пять миллионов человек.
Дорожное покрытие Wattway состоит из «чрезвычайно устойчивых фотовольтаических панелей, которые могут применяться для всех типов дорог, связанных с электрооборудованием и сетями». Colas утверждает, что Wattway сможет обеспечивать энергией уличное освещение и дорожные знаки и светофоры в городах, поселках и удаленных районах, а также зарядные станции для электрического транспорта.
В США компания Solar Roadways обещает похожее энергетическое решение. Не так давно компания собрала более 2 миллионов долларов на Indiegogo и также получила несколько грантов от Министерства транспорта США. Панели Solar Roadways изготавливаются из закаленного стекла, специально текстурированных, чтобы создавать трение для транспорта и пешеходов, с возможностью выдерживать грузы до 110 000 килограммов. Каждый блок состоит из верхней и нижней стеклянных панелей, между которыми заключены солнечные батареи и светодиоды.
По оценкам Solar Roadways, национальная дорожная система из таких солнечных панелей сможет производить более чем в три раза больше электроэнергии, чем используется в настоящее время в США, и даже обеспечить поставки для всего мира. К сожалению, во время пилотной программы в родном городе Сандпойнт, штат Айдахо, компания столкнулась с проблемами.
Основная проблема выявилась в ламинаторе, который использовался в процессе производства и делал для шестиугольных панелей защиту от погодных условий. Два компонента ламинатора дали сбой и привели к хаосу. Некоторые панели разрушили солнечные батареи, некоторые светодиоды, вывели из строя нагревательные элементы, спасающие их от снега и льда.
Но эти компании хотя бы пытаются сделать первый шаг. Поразительно, что мы до сих пор не научились использовать гигантские площади наших дорог.