Järgmine kord, kui lendate läbi lennujaama, et lennukit püüda, või lükkaksite tantsupõrandale sammu, võiksite ka energiat toota, rohelist energiat. Vähemalt see on Xudong Wangi ja tema Wisconsini-Madisoni ülikooli teadlaste meeskonna lootus.
Insenerid on leiutanud uut tüüpi säästlikest materjalidest põrandakatte, mis muudab jäljed kasutatavaks energiaks. Ja kõige parem on see, et see on valmistatud tavalisest jäätmematerjalist: puidumassist.
Naftahindade oodatava tõusuga nurga taga on uute energiaallikate - rohelise energia - leidmine hädavajalik. Ehkki päikeseenergia näib kleepuvat, kuna USA päikeseenergia tootmisvõimsus kasvab igal aastal 43 protsenti ja muud uuendused, näiteks päikestekstiilide kuud turult eemal, on siiski vaja mõelda päikeselise aknakarbi väljapoole.
Sisestage Wang ja tema uurimisrühm.
"See on täiesti erinev energiaallikas, " ütleb UW-M materjaliteaduse ja tehnikateaduste dotsent Wang. Uurimistöö viisid läbi tema kraadiõppur Chunhua Yao ja paljud teised Wang ning see avaldati ajakirjas Nano Energy tänavu septembris. “Päikeseenergia pärineb päikesest ja seda tüüpi energiat tuleb inimestelt, kes kõnnivad või jalgrattad mööduvad. Ja see on rakendatud täiesti erinevalt. ”
Sellel on ka täiesti teistsugused kasutusalad kui päikeseenergial, kuna selle töö ei sõltu päikselisest taevast; selleks on vaja vaid paari inimest, et sellest üle kõndida. Wangi põrandakate genereerib vibratsiooni kaudu energiat, mida tuntakse triboelektrilisena.
"Me kasutame elektronide ligimeelitamiseks triboelektrilist energiakogumisplaati, mis on valmistatud keemiliselt töödeldud tsellulooskiududest, " ütleb Wang, kes tunnistab, et keemilisi detaile ei saa vabastada enne, kui patendi läbivaatamise protsess on lõpule viidud.
Teadlased ravisid keemiliselt puitmassi nanokiude, mille põrandakate on valmistatud kahest erinevalt laetud materjalist, nii et kui keegi kõnnib üle põranda, siis need kiud interakteeruvad üksteisega sarnaselt staatilise elektriga. Selle vibratsiooni tulemusel vabanevad elektronid hõivatakse seejärel põrandakattega kinnitatud kondensaatoriga ja energia salvestatakse hilisemaks kasutamiseks. Ühendage aku või muu seade kondensaatoriga ja energia saab seda kasutada.
Põrandamassi puitmassi nanokiude töödeldakse keemiliselt kahe erinevalt laetud materjaliga, nii et kui keegi kõnnib üle põranda, integreeruvad need kiud üksteisega. (Stephanie Precourt / UW-Madisoni tehnikakõrgkool) Wang usub, et tema põrand võib olla roheliste hoonete järgmine suur asi, sest see on odav taastuvenergia allikas, mis kasutab taaskasutatavaid materjale. Seda tüüpi põrandakatete paigaldamine on säästliku ja rikkaliku puitmassi kasutamise tõttu palju teostatavam kui selle kallimad kolleegid, näiteks päikesepaneelid.
Wang ütleb, et selle võiks paigutada suure liiklusega aladele nagu lennujaamad, spordistaadionid või kaubanduskeskused. Tegelikult loodab Wang, et triboelektriline põrandakate laieneb kaugemale kaubanduslikust kasutamisest ja infiltreerub kodudesse põrandatena, mis saavad laadida valgustit ja seadmeid. Lõpptoode näeb välja sarnane puitpõrandatele, mis on miljonitesse kodudesse juba paigaldatud.
Idee on lõpuks kasutada seda uuenduslikku kujundust teeäärse energia hõivamiseks. Ometi pole Wangi disain sarnane praeguse tehnoloogiaga, mida seda tüüpi koristamiseks juba kasutatakse - keraamilistel põhinevatel piesoelektrilistel materjalidel - ja Wangi sõnul "puidumass" võib olla karmide tingimuste suhtes haavatavam, ”tähendab see, et asfaldi asendajana töötamiseks oleks vaja paremat liidest või pakendit.
Nagu igat tüüpi uut tehnoloogiat, on ka siin mõned esialgsed piirangud.
"Triboelektrilise energia suurim väljakutse on selle ebakonventsionaalsus, " ütleb ajakirja Environmental Impact Assessment Review peatoimetaja emeriitjuht Eric Johnson. “Edu saavutamiseks on vaja investeeringuid. Investoritele meeldib tuttavlikkus, kui mitte kindlus - see, mida nad teavad. ”
Johnson juhib tähelepanu sellele, et paljudel praegustel peavoolutehnoloogiatel olid sarnased tõkked. Näiteks päikeseenergia, kui kunagi raskesti neelatav kontseptsioon, domineerib nüüd taastuvenergia turul sõna otseses mõttes.
Vaatamata sellele, et alternatiivse energia tööstuses tehakse turul jätkuvalt suuri edusamme, sõltub Johnsoni sõnul otsus nende paljude uuendustega edasi liikuda vähem tegelikust tehnoloogiast ning rohkem ökonoomikast ja tajutavast ohutusest.
Niisiis, Wang ja tema meeskond peavad kõigepealt ehitama prototüübi, et põrandaid laiemalt katsetada.
"Praegu on meie laboris katsetatav väike tükk umbes neli ruut tolli ja suudab toota ühe millivati võimsust, " ütleb Wang. Meeskond tegi lihtsa arvutuse 10-suu-10-suu põrandapinna kohta, mis oli kaetud nende triboelektrilise põrandaga. Eeldades, et sellel alal kõndis keskmiselt 10 inimest ja iga inimene tegi igal sekundil kaks sammu, oleks üldine energiatoodang umbes 2 džauli sekundis. Veel teisiti öeldes väidab Wang, et toodetav energiakogus võrdub umbes 30 protsendiga iPhone 6 akust.
"Kuna see on selline kulutõhus lähenemisviis, kuna see kasutab ringlussevõetud materjale, " ütleb Wang, "proovime muuta selle suurteks põrandapaneelideks, et paigaldada see tiheda liiklusega kohale, et tõesti testida, kui palju energiat saab toota."
Nad teevad koostööd Madisonis asuva metsasaaduste laboriga, mis on ainus föderaalne labor, mis on pühendunud metsasaaduste uurimisele ja mida kasutab peamiselt USA metsateenistus. Labor tarnib lisaks puitmassi kiudainetele ka meeskonda suurema prototüübi loomisel.
Õnneks saab Wang UW-M ülikoolilinnakus valida tiheda liiklusega piirkonna, et seda proovile panna. Kuna ülikoolilinnas on igal ajal üle 43 000 õpilase, saab tema prototüüp kindlasti suurema treeningu.
