Wraz ze wzrostem liczby ludności na świecie i rozwojem gospodarki poziom zużycia energii elektrycznej stale rośnie. Średnio co 15 lat ilość energii zużywanej na świecie podwaja się. Wraz ze wzrostem popytu i obawami o wpływ na środowisko, potrzeba alternatywnych odnawialnych źródeł energii staje się coraz bardziej oczywista.
Być może najciekawszą z możliwych alternatyw są badania ludzkiego ciała jako generatora różnych rodzajów energii.
Znaczenie tego podejścia wynika z wielu czynników.
Po pierwsze, jest przyjazny dla środowiska. Wykorzystywana jest tylko energia cieplna lub energia kinetyczna ruchu wytwarzana przez człowieka w codziennych warunkach.
Po drugie, oszczędność czasu i zasobów na przechowywanie i przesyłanie energii do użytecznych zastosowań.
Power Plant Man
Pierwsze naukowe badanie zdolności organizmów żywych do wytwarzania ciepła pojawiło się w VIII wieku. W 1791 roku włoski naukowiec Luigi Galvani publikuje wyniki swojej 25-letniej pracy zatytułowanej Treatises on the Power of Electricity in Muscular Movement. Traktat potwierdził, że w żywym organizmie jest prąd elektryczny, a nerwy są swego rodzaju „przewodami elektrycznymi”.
Film promocyjny:
W XX wieku naukowcom udało się udowodnić, że organizm ludzki jest „żywą elektrownią”, która wytwarza energię elektryczną w wyniku ciągłych reakcji chemicznych. Opracowano oddzielną naukę o elektrofizjologii.
Znany jest również rodzaj „zdolności energetycznej” człowieka. Tak więc na jednym oddechu generowany jest jeden wat i spokojnym krokiem możesz zasilić 60-watową żarówkę, a nawet telefon. Podczas odpoczynku osoba wytwarza około 100 watów. A największą produkcję energii uzyskuje się podczas uprawiania sportu - do 2000 watów, na przykład podczas sprintu.
Do tej pory opracowano różne technologie gromadzenia ciepła z ludzkiego ciała oraz urządzenia do ładowania od osoby, które można warunkowo podzielić na urządzenia do gromadzenia energii dla całej grupy osób i gadżety do indywidualnego użytku.
Ciepło bierne
W Europie i Ameryce Północnej już obecnie stosuje się energooszczędne domy, w których ciepło wytwarzane przez ludzi i sprzęt AGD jest wykorzystywane do ogrzewania samego budynku. Odbywa się to ze względu na izolację termiczną, brak zewnętrznej wentylacji w jego konstrukcji oraz poprzez zainstalowanie urządzenia do odzysku ciepła w celu przekazania go do systemu zaopatrzenia w ciepło. Dzięki temu mieszkańcy mogą zaoszczędzić na ogrzewaniu nawet do 90%.
We Francji pasywne ogrzewanie budynku pozwala na doprowadzenie „żywego” ciepła do 17 mieszkań. W tym celu agencja budownictwa społecznego Paris Habitat wykorzystuje ciepło z ciał pasażerów metra przejeżdżających pod budynkiem. Ciepłe powietrze jest transportowane rurami do wymienników ciepła, które ogrzewają sam budynek.
Udany eksperyment przeprowadzono w głównym budynku głównego dworca kolejowego w Sztokholmie, który jest wyposażony w specjalne wymienniki ciepła. Urządzenia odbierają ciepło wytwarzane przez gości stacji i przekazują je do podgrzania wody w celu ogrzania sąsiedniego 13-kondygnacyjnego budynku o powierzchni 28 tys. Według przybliżonych szacunków system może zaoszczędzić do 25% energii zużywanej do ogrzewania budynku.
Energia masowa
Inną obiecującą technologią jest zbieranie energii z przepływu ludzi. Japońska firma kolejowa East Japan Railway zdecydowała się wykorzystać grupy odwiedzających jako obiecujący generator. Kołowroty z elementami piezoelektrycznymi ustawiono na stacji metra w Tokio, gdzie codziennie przejeżdżają setki tysięcy ludzi. Podchodząc do kołowrotu, zwiedzający wchodzą na elementy piezoelektryczne zamontowane w posadzce, przekazując w ten sposób energię z nacisku ciała.
W Holandii drzwi generatorów zostały zamontowane przy wejściu do centrum handlowego Natuurcafe La Port. W tym miejscu działa efekt wypychania. Jedno takie urządzenie wytwarza do 4600 kWh rocznie.
Najbardziej ruchliwe strumienie ludzi znajdują się na głównych ulicach głównych miast świata, gdzie piesi pokonują średnio 50 tys. Kroków dziennie. Brytyjski inżynier Lawrence Camball-Cook wymyślił, jak to wykorzystać w przypadku płyt chodnikowych. Specjalnie zaprojektowane płytki z elastycznego materiału lekko uginają się pod naciskiem. Możliwe jest więc wykorzystanie energii kinetycznej osoby, która jest przekształcana w energię elektryczną. Służy do oświetlania ulic, przystanków autobusowych oraz witryn sklepowych. Innowacyjny produkt był już testowany na Igrzyskach Olimpijskich w Londynie w 2012 roku, kiedy w ciągu dwóch tygodni uzyskano 20 milionów dżuli energii.
Energia sportu
Inżynierowie pracujący nad metodami przekształcania energii ruchu ludzi nie mogli oczywiście przejść obok wychowania fizycznego i sportu. Jednym z pierwszych projektów w tej dziedzinie były rowery treningowe Sport Art, które pełnią rolę transformatora. Wyposażone są w konwerter energii, który generuje prąd o wartości 120 woltów i podaje go bezpośrednio do sieci. Na jeden cykl treningowy na takim symulatorze można uzyskać od 400 do 800 watów energii. Spowoduje to naładowanie ekspresu do kawy, kilku telewizorów i laptopów. Urządzenie ma nawet aplikację mobilną, która oblicza ilość wyprodukowanej energii.
Jest też więcej wynalazków technologicznych, na przykład piłka nożna Socceket, która przekształca energię kinetyczną uderzenia w energię elektryczną. W momencie uderzenia wytworzona energia przekazywana jest do wahadłowego mechanizmu napędzającego generator. Generator z kolei wytwarza i przechowuje energię elektryczną. Kula ma moc wyjściową sześciu watów, wystarczającą do zasilenia lampy stołowej LED lub innego małego urządzenia.
Bateria człowieka
Marzeniem prawie wszystkich użytkowników gadżetów kieszonkowych jest spacer ulicą i naładowanie smartfona bez dodatkowych baterii. Ten pomysł nie został jeszcze w pełni zrealizowany, ale naukowcy stopniowo zmierzają w tym kierunku.
Koreańscy naukowcy opracowali elastyczny generator o wymiarach 10 na 10 centymetrów, zdolny do ładowania bransoletek fitness. Energia jest generowana przez różnicę temperatur między ludzkim ciałem a otoczeniem. Generator wytwarza do 40 miliwatów energii.
Podobną technologię zaprezentował szwajcarski producent smartwatchów Sequent. Zegar działa na zasadzie machania ręką podczas chodzenia. I nie jest to mechanizm „samoczynnego zasilania”. Zamiast sprężyny zainstalowany jest tam generator, który zamienia drgania ładunku na energię elektryczną.
Naukowcy z Vanderbilt University wynaleźli element, który umożliwia wytwarzanie prądu elektrycznego przez dowolny ruch człowieka. Urządzenie ma niewielkie rozmiary i można je umieścić bezpośrednio na ubraniu. Jego nowość polega na tym, że energia nawet najmniejszych ruchów jest zbierana, czyli przy częstotliwościach do 0,01 Hz, i jest generowana w sposób ciągły.
To właśnie ta technologia ma największy potencjał rozwoju, aby móc ładować smartfon w podróży. Ale poza ładowaniem gadżetów naukowcy dostrzegają więcej niezwykłych możliwości: na przykład ubrania z wbudowanymi paskami i specjalny płyn, który pozwoli na zmianę kolorów i wzorów za pomocą smartfona.
Istnieją już uniwersalne zmiany. Na przykład folia piezoelektryczna, która może służyć do magazynowania energii podczas pisania na klawiaturze. Lub podczas chodzenia, jeśli taki film jest umieszczony na ubraniach.