Как работает Power Felt

Вероятно, у вас был такой опыт: вы весь день в пути, и у вас не было возможности подключить свой iPhone , и когда вам нужно позвонить или проверить электронную почту, вы видите этот маленький красный Значок, указывающий на то, что батарея вот-вот разрядится. Это так расстраивает, что даже под воротником становится немного жарко. Но подождите - может быть, это решение. Что, если вместо того, чтобы продувать прокладку, вы могли бы каким-то образом преобразовать это избыточное тепло тела в электричество и использовать его для питания своего телефона или другого портативного устройства?

Вы действительно видели вариант этой идеи раньше, если вы поклонник кинематографической трилогии «Матрица», в которой гигантская компьютерная сеть питается за счет перекачивания энергии из легионов коматозных, ничего не подозревающих людей. Однако мы не говорим ни о чем таком жутком. Маломасштабное производство термоэлектрической энергии, при котором тепло тела собирается для питания портативных устройств, - это концепция, к которой ученые довольно пристально изучали в последние годы, поскольку наше стремление носить энергоемкие гаджеты в наших карманах продолжает расти. .

Недавно исследователи из Центра нанотехнологий и молекулярных материалов Университета Уэйк-Форест расширили перспективы производства термоэлектрической энергии, когда они разработали тканеподобный материал, названный «силовой войлок», который способен использовать разницу между теплотой объекта и температурой в помещении для создания тепла. электрический заряд [источник: Нил ].

Один исследователь, работавший над этим проектом, предполагает создать куртку из силового фетра и использовать ее для питания iPod. Идея, которая звучит неплохо для любителей бега в прохладную погоду. Но ощущение силы - это не просто одежда. Рукоятка фонарика, обернутая войлоком, может быть отличной вещью, чтобы иметь при длительном отключении электроэнергии, а автокресло, сделанное из этого материала, может потреблять энергию от вашей задней части для питания ваших окон или радио. Есть и другие источники энергии, не относящиеся к человеческому роду, которые мы могли бы использовать для этого [источник: Нил ].

Если вы озадачены тем, как ваше потное тело может приводить в действие iPad в теплый летний день, подумайте об этом так: почти все электричество, которое используют люди - около 10 триллионов ватт - вырабатывается за счет выделения тепловой энергии (обычно сжигая ископаемое топливо для нагрева воды), а затем преобразовывая это тепло в механическую энергию. Затем механическая энергия используется для запуска генераторов и выработки электрического тока. Этот проверенный на практике метод, называемый термоэлектрической выработкой энергии , безусловно, производит много энергии. Но при этом тратится много энергии, потому что механический процесс не так эффективен при использовании тепла. Фактически, более половины этого тепла просто уходит в атмосферу [источник: Жак ].

Было бы намного лучше, по крайней мере теоретически, если бы мы могли найти практический способ вырабатывать электричество непосредственно из самого тепла. Ученые давно знают, что это возможно, потому что, когда есть разница в температуре окружающей среды и температуры объекта, проводящий материал между ними может использовать этот контраст для генерации электрического тока без какой-либо турбины или механического генератора. Это известно как эффект Зеебека [источник: Тиммер , Озджанли ].

Уловка для генерации и сбора немеханического электричества заключается в том, чтобы найти правильный проводящий материал. Некоторое время исследователи строили прямые термоэлектрические генераторы, в которых используется металлический сплав, теллурид висмута и сурьмы, который обладает способностью вырабатывать электричество из тепла. Но этот материал дорогой и не так уж и эффективен [источник: Министерство энергетики ].

Вот почему всех так воодушевляет силовой фетр, который, несмотря на свое название, на самом деле не является тканью, сотканной из шерсти, как материал, который они используют на бильярдных столах. Вместо этого силовой фетр состоит из пластиковых волокон, обернутых вокруг крошечных - и под крошечными мы подразумеваем один атом толщиной - структур, называемых углеродными нанотрубками, которые действительно хорошо проводят электричество. Это также потенциально дешево в производстве, что означает, что мы можем использовать его повсюду [источник: Нил , Чжан ].

Хотя было бы круто запитать iPad теплом своего тела, нам, вероятно, не нужно беспокоиться о том, что нас порабощают гигантской компьютерной сетью, как в фильмах «Матрица». Люди - потенциальный источник электричества , но довольно ограниченный. Например, взрослый мужчина теоретически может вырабатывать от 100 до 120 Вт энергии. Этим не будет освещаться Эмпайр-стейт-билдинг, но этого может быть достаточно для питания некоторых персональных электронных устройств - ноутбуку требуется около 45 Вт, а сотовому телефону для работы требуется всего около 1 Вт [источник: Озканли ].

Тем не менее, исследователям еще предстоит многое сделать, прежде чем мы сможем использовать значительную часть потенциала нашего тела для выработки электричества. В то время как идея ощущаемой мощности многообещающая, первоначальная демонстрационная версия способна генерировать только около 140 нановатт сока [источник: Чжан ]. Злодейский агент Смит из фильмов «Матрица» будет разочарован, так как это всего лишь около миллиардной доли ватта. Другие доступные проводящие материалы для преобразования тепла тела в энергию не намного лучше. По некоторым оценкам, такие устройства способны собирать около 0,4 процента тепловой энергии тела и преобразовывать ее в электричество. Это означает, что если вы накроете все свое тело термоэлектрическими генераторами, вы произведете всего 0,5 Вт электроэнергии [источник:Озджанлы ].

Тем не менее, мы, вероятно, со временем улучшим эту производительность, а также одновременно будем разрабатывать электронные устройства, которые намного эффективнее расходуют энергию, чем современные гаджеты. Например, исследователи уже работают над созданием сверхэкономичных медицинских датчиков, которые могут отводить тепло тела пациента. Но реальный потенциал роста мощности может быть получен в результате использования ее для улавливания тепловой энергии, теряемой нашими машинами. Недавнее исследование Массачусетского технологического института, например, показывает, что, используя потраченное впустую тепло ноутбуков и сотовых телефонов, мы могли бы эквивалентно удвоить срок службы их батарей. Облицовка автомобильных двигателей, внутренних стен и труб электростанций силовым войлоком может дать огромный запас электроэнергии, о котором мы даже не подозревали [источник: Чендлер].

Я большой поклонник научной фантастики-антиутопии, и фильм 1999 года «Матрица», первый в трилогии Вачовски, - один из моих любимых. Но для меня Матрица на самом деле является скорее метафорой нашей нынешней фиксации каждого момента бодрствования с синтетическими развлечениями, создаваемыми видеоиграми и потоковой передачей видео в Интернете, чем планом реального будущего. (В этом смысле можно провести параллель с романом Джорджа Оруэлла «Девятнадцать восемьдесят четыре», который, по мнению некоторых, действительно был предупреждением против тоталитарных тенденций, которые, по мнению автора, скрывались за конституционной демократией в Англии после Второй мировой войны.) Если мы не совершим поистине поразительных технологических прорывов, которые отменят законы физики в том виде, в каком мы их теперь понимаем,компьютерная сеть, питающаяся от людей, находящихся в коме, - это просто фантастика. Например, для истории Science Channel я однажды подсчитал, что, если бы можно было собрать 1,3 микроватта энергии от каждого человека на планете, этого хватило бы только на то, чтобы запустить набор динамиков для домашнего кинотеатра высокого класса. система.

Статьи по Теме

Источники