Американским ученым удалось разработать очень дешевый в реализации и доступный способ вырабатывания электричества из древесных отходов.
Пока финансовые аналитики и эксперты в сфере газо- и нефтедобычи рассказывают об отсутствии оснований для роста цен на нефть в связи с избыточным предложением на нефтяной бирже сырьевых энергоресурсов, специалисты ведущих научных институтов продолжают работать над поиском альтернативных источников энергии, которые потребуются современному индустриальному миру после исчерпания имеющихся запасов углеводородов вследствие экстенсивного роста объемов потребления электроэнергии в развитых и развивающихся странах. Если верить предварительным прогнозам, уже к 2030 году мы столкнемся с острой нехваткой сырьевых ресурсов, объемы добычи которых перестанут удовлетворять запросы постоянно наращивающих потребности промышленных отраслей. Второй немаловажный фактор для работы над альтернативной энергетикой — экологичность переработки сырья в необходимое человеку электричество, за последние годы превратившийся в основной в рамках обсуждений дальнейшей перспективы развития энергетической сферы на планете.
Ученые из расположенного в Соединенных Штатах Америки Университета Висконсин-Мэдисон во главе с Сюйдуном Ваном — доцентом кафедры материаловедения и инженерии, сообщили о завершении предварительного этапа научных изысканий над проектом по созданию предельно дешевого и максимально доступного источника получения электроэнергии. Подробные материалы о результатах работы сотрудников научной группы опубликованы на страницах научно-аналитического журнала Nano Energy, и включают детальное описание процесса получения электричества из повсеместно использующегося в строительстве материала — прессованной древесной стружки. Суть проекта заключается в создании структурированного материала для покрытия пола, способного постоянно вырабатывать энергию вследствие простейшего физического воздействия на слои компонентной структуры ногами человека. Говоря простыми словами, группе Вана удалось разработать невероятно дешевое напольное покрытие, после установки в местах интенсивного пользования и массовых скоплений людей способного обеспечивать электричеством целые офисные здания или огромные спортивные комплексы, что обеспечит непревзойденную экономию после повсеместного внедрения уникальной и очень нужной уже сегодня технологии.
Принцип вырабатывания энергии в данном случае основывается на структурных особенностях прессованной древесной стружки, которая содержит нановолокна целлюлозы — скрепляющего древесную массу вещества. Эти предельно малые волокна при соответствующей химической обработке провоцируют появление электрического заряда, образующегося путем взаимодействия нановолокон целлюлозы с необработанными микроволокнами. Чтобы запустить естественный процесс внутри материала, достаточно оказать физическое воздействие на многослойный композит, изготовленный путем послойного наложения волокнистой структуры для достижения требуемого объема выработки электроэнергии. Чем больше в древесную массу «встраивается» технологичных слоев, тем большее количество электрических зарядов будет формироваться в процессе «эксплуатации» такого умного пола. Вырабатываемую энергию авторы исследования предлагают применять для запитки систем оповещения, видеонаблюдения и освещения в крупных офисных сооружениях и жилых зданиях с достаточной проходимостью. Единственное условие, которое потребуется выполнить для достижения максимального эффекта — добиться постоянного механического воздействия на многослойный пол, что легко удастся сделать в местах массового скопления и перемещения людей — в крупных павильонах, на стадионах и других многолюдных местах.
По словам доцента Вана, принцип получения электричества посредством грамотной «эксплуатации» эффекта вибрации авторы разработки назвали трибоэлектрическим наногенератором. Получаемое таким образом трибоэлектричество по своим свойствам и механизму получения напоминает процесс выработки статического электричества на одежде, доставляющего массу неудобств привыкшим носить изготовленный из синтетических материалов гардероб потребителям. Трибоэлектричество — предельно недорогая, простая и очень эффективная альтернатива существующих и применяемых в ряде направлений источников механической энергии, при этом находящееся в буквальном смысле под ногами у человека. Переход к массовому производству трибоэлектрических наногенераторов (TENG) и активное использование созданных с применением этой технологии древесных полов в современных мегаполисах поможет существенно нарастить объемы вырабатываемой сегодня «альтернативной энергетикой» экологически чистой энергии. Дальнейшая работа над усовершенствованием технологии поможет добиться сопоставимых с солнечной и ветровой энергетикой объемов выработки электроэнергии в густонаселенных районах и населенных пунктах.
Дальнейшим развитием уникальной технологической разработки ученых из США во главе с доцентом Ваном может стать проектирование многослойного дорожного полотна, позволяющего задействовать технологию получения трибоэлектричества на автомобильных дорогах общего пользования, что является пока несбыточной мечтой для сторонников создания экологичного автотранспорта, лишенного двигателей внутреннего сгорания. Электрическая энергия — удобный и экологически чистый вид топлива для автомобилей, за последние несколько лет превратившийся в реальный источник энергии для четырехколесных транспортных средств и даже летательных аппаратов. Американский автоконцерн Tesla Motors стал первым производителем серийных машин, оснащенных «чистокровным» электрическим двигателем, однако уже сегодня полноценные электромобили предлагают как минимум 4 компании-производителя авто из Европы и Азии. В ближайшие 5 лет число выпускающих массово электрокары автопроизводителей вырастет до 15-20, что потребует резкого наращивания объемов вырабатываемого электричества для удовлетворения запросов «прожорливых» автомобилей на электротяге. Автодороги с трибоэлектрическими наногенераторами — «осязаемое» и реалистичное будущее автомобилестроения, после создания эффективных и недорогих средств доставки электроэнергии по воздуху для пополнения емкости аккумуляторов электромобилей способное решить большую часть существующих сегодня проблем в сегменте производства электрокаров.
В ближайший год создатели технологии трибоэлектричества из Университета Висконсин-Мэдисон рассчитывают оснастить умным полом, вырабатывающим электроэнергию прямо под ногами, один из кампусов высшего учебного заведения Америки. Такой практический стенд обеспечит наглядную демонстрацию эффективности и простоты технологического новшества всем желающим, и поможет проанализировать перспективы внедрения наногенераторов в серийное производство на уже имеющихся в США заводах. Стоит отметить, что толщина специального слоя из целлюлозных нанотрубок, «занимающихся» производством электроэнергии, составляет всего один миллиметр, что открывает фантастические возможности по интенсивному наращиванию объемов выработки тока путем простейшего увеличения толщины умного пола.