Энергия и свобода. Альтернативные, эволюционные источники энергии

Инженеры неутомимо ищут неиссякаемый источник энергии, чтобы разговор не прервался внезапно, а человек не остался в кризисной ситуации без связи, а значит, и помощи. В 2010 году в США, например, был разработан прибор Airenergy, способный превращать сигналы Wi-Fi в постоянный ток для зарядки гаджетов. Другие ученые работают над преобразованием в ток энергии ходьбы или разницы температур. Но все это меркнет по сравнению с новым микрогенератором на основе углеродных нанотрубок, разработанным доктором Лун Цюэ из Университета Луизианы. Это устройство сможет превращать в электричество всё: солнечный свет, ветер, вибрации, малейшие колебания температуры. И тогда в домах приборы будут заряжаться сами: энергия поступит к ним беспроводным путем с «зарядных станций».

Новый источник энергии случайно был найден в Тель-Авивском университете во время поисков лекарства от болезни Альцгеймера. Группа исследователей получила из пептидов, коротких цепочек аминокислот, так называемые квантовые точки, способные хранить большое количество энергии. На основе этого необычного свойства пептидов израильская компания StoreDot разработала батарею из чередующихся квантовых точек и обычных литиевых электродов. Пептиды в этой связке играют роль суперконденсатора, способного накапливать энергию в течение 30 секунд, а потом медленно передавать ее литиевым электродам. Единственный недостаток чудо-изобретения, по словам генерального директора StoreDot Дорона Майерсдорфа, — его размеры: прототип батареи сравним по габаритам с аккумулятором ноутбука.

А вот бумажный генератор энергии, созданный в 2009 году в лаборатории Стэнфордского университета, упрекнуть в громоздкости сложно.

Ведь это… обычный лист бумаги, покрытый «чернилами» из углеродных нанотрубок и серебряной нанопроволоки. Конечно, пока цена такого аккумулятора превышает стоимость гаджета, в котором он может быть использован, в сотни раз. Но его остальные достоинства — компактность, легкость, прочность и гибкость — заставляют инженеров работать над снижением себестоимости революционного устройства, которое начинает терять свои энергоемкие качества только после 40 тысяч циклов перезарядки.

С развитием нанотехнологий стоимость изобретения будет снижаться, и со временем им можно будет оснащать гибридные автомобили и электрокары, оно найдет применение в авиации и космонавтике, а также в распределительных сетях для сохранения электроэнергии.

Гибкость будущих генераторов энергии позволит решить массу проблем. Первое, что приходит на ум, — конечно же, резина с «начинкой» из пьезоэлектрических волокон, обладающих достаточной прочностью и гибкостью для сбора кинетической энергии и преобразования ее в электрическую. Эта технология может найти широкое применение при изготовлении обуви, накапливающей энергию. Ее с лихвой хватит, например, для работы смартфона.

Корейская компания LG пошла иным путем и создала литий-ионные батареи в виде провода. Такую батарею можно безбоязненно сворачивать и скручивать. Первые разработки в этом направлении были сделаны еще в 1999 году. Представленный два года назад прототип пока трудно назвать действительно миниатюрным: диаметр аккумулятора-провода составляет чуть более 3 миллиметров. Но прогресс не стоит на месте, и не исключено, что еще через пару лет такие элементы питания удастся вплетать в ткань, и наша одежда сможет преобразовывать тепло, выделяемое человеческим телом, в электроэнергию, которую мы будем расходовать на самые разные нужды.

Человеческое тело, если утрировать, само по себе — большая ходячая батарейка. В процессе всех наших действий вырабатывается энергия, которую просто нужно научиться направлять в нужное русло. Сотрудники Пекинского университета микроэлектроники в своих изысканиях взяли за основу трибоэлектрический эффект, когда энергия выделяется при трении проводника об изоляцию. Китайцы заметили, что при поглаживании или постукивании пальцами по пластиковому корпусу гаджета статическое электричество вырабатывается особенно активно. Дело за малым — найти наиболее подходящие материалы, чтобы заряд накапливался эффективнее.

Ценность этих разработок в том, что практически все носимые электрические устройства малой мощности, например медицинские и фитнес-браслеты, электрокардиостимуляторы или часы, вообще не потребуется заряжать.

В этом же направлении работают исследователи из корейского института KAIST. Недавно они продемонстрировали термоэлектрический генератор площадью всего 10 квадратных сантиметров и весом около 13 граммов. Соприкасаясь с человеческой кожей, генератор вырабатывает 40 милливатт в час — этого, конечно, недостаточно для работы смартфона, но для наручных часов вполне хватит. Еще одно любопытное устройство, способное вырабатывать «человеческий ток», — маска AIRE от бразильского дизайнера Жуана Паулу Ламмоглиа.

маска AIRE
Это странное изобретение, воскрешающее в памяти таких киноперсонажей, как Дарт Вейдер из «Звездных войн» или Бэйн из «Темного рыцаря», в 2011 году было удостоено высшей дизайнерской премии Red Dot Award в номинации «Лучший из лучших». В решетку маски встроены миниатюрные турбины, которые приводятся в движение дыханием человека и генерируют электричество.

Правда, насколько будет эффективен такой «ветряк» в работе, неизвестно: дальше концептов дело пока не пошло.

Поиски дешевых и эффективных источников энергии порой приводят к курьезным результатам. Билл Гейтс профинансировал проект Urine-tricity британских исследователей из Бристольской лаборатории робототехники. Как следует из названия проекта, добывать электроэнергию для подзарядки портативных гаджетов ученые вознамерились из мочи. В качестве катализатора реакции выступают анаэробные бактерии, и британцы уже продемонстрировали принцип работы своей технологии, используя для подзарядки общедоступные модели мобильного телефона, смартфона и ноутбука. Нерешенным остается один вопрос — как «заправлять» такую батарею.

Еще одна экзотическая идея — зарядка гаджетов репчатым луком. Британец Оуэн Луис прославился на всю страну, разместив в интернете ролик, в котором он проделывал такой фокус со своим iPod. Предварительно замочив луковицы в энергетическом напитке, Оуэн вставлял в овощ обычный USB-кабель и демонстрировал, как уровень заряда устройства начинал расти.

Кстати, сама американская корпорация, производящая «ай-гаджеты», в настоящее время работает над водородной батареей для портативных устройств. Эта идея не нова — экспериментальные автомобили на водороде уже давно колесят по дорогам планеты, но батареи с водородными топливными ячейками никогда не отличались компактностью и простотой эксплуатации.

Конечно, водород — самый распространенный химический элемент во Вселенной — в будущем может стать прекрасной энергетической альтернативой. Возможно, это случится уже в ближайшие 30-50 лет, и тогда мы будем задаваться вопросом, как это человечество раньше не додумалось до извлечения электричества, например, из воды. На самом деле уже сейчас есть устройства, работающие на воде. Например, часы Bedol, одной заправки которых обычной водопроводной водой хватает на 6-12 месяцев работы (в зависимости от ее химического состава).

часы Bedol

Современный аккумулятор всегда должен быть рядом с человеком, удобен как ваша собственная кожа и быстр как мысль. К этому идеалу и стремятся в своих разработках инженеры из разных стран мира. Оригинальные идеи, как видим, уже на финишной прямой. Они разнообразны — это говорит о том, что совершенство еще не найдено, но многие проблемы поиска драгоценной энергии можно будет решить уже завтра.