Czytaj dalej

Pamiętam, gdy kilka lat temu trafiłem na roz­wa­ża­nia o energii spły­wa­ją­cej wraz z setkami litrów wody, odpro­wa­dza­nych codzien­nie z naszych prysz­ni­ców, zlewów, toalet, zmywarek i pralek. Oczy­wi­ście łazien­kowa rura odpły­wowa to nie Jangcy, ale jeżeli uświa­do­mimy sobie ile wody zużywamy w ciągu życia i prze­mno­żymy to wszystko przez liczbę gospo­darstw domowych w kraju, w Europie, czy na świecie – może okazać się, że – jako cywi­li­za­cja – całkiem dosłow­nie spusz­czamy w muszli klo­ze­to­wej grube miliardy dolarów.

A to tylko pierwszy przykład z brzegu. Wszystko dookoła wiruje, spływa, trze, pro­mie­niuje, wibruje, spada… Gdzie nie spojrzeć bez­pow­rot­nie uciekają nam całe mega­dżule dro­go­cen­nej energii. Czy kie­dy­kol­wiek zdołamy się do nich dobrać?

Oto kilka przy­kła­dów dowo­dzą­cych, że przy odpo­wied­niej dozie kre­atyw­no­ści, jest to możliwe, a w nie­któ­rych przy­pad­kach nawet opłacalne.

1. Kaloryfery podpięte pod metro

Zacznijmy od Londynu, a dokład­niej od zamknię­tej stacji metra City Road, prze­kształ­co­nej w element sieci cie­płow­ni­czej. Tem­pe­ra­tura w leżących głęboko pod ziemią tunelach utrzy­muje przez cały rok zbliżoną wartość, co oznacza, że jest tam cieplej niż na powierzchni zimą i chłod­niej latem. Korzy­sta­jąc z tego faktu, w szybie odcho­dzą­cym od byłej stacji zain­sta­lo­wano wen­ty­la­tory o dwu­me­tro­wej średnicy, wcią­ga­jące powie­trze z pół­noc­nej linii metra i ogrze­wa­jące (lub studzące) obieg wody. Tem­pe­ra­tura zmienia się tylko o kilka stopni, więc do gry i tak osta­tecz­nie wkra­czają kla­syczne pompy ciepła, ale nawet ta drobna pomoc przynosi odczu­walną oszczęd­ność energii. 

Opuszczona stacja londyńskiego metra
Opusz­czona stacja metra przejęta przez sieć Bunhill Heat and Power.

Stojąca za przed­się­wzię­ciem sieć grzewcza Bunhill Heat and Power chwali się, że ich pomysł pozwala obniżyć rachunki o 10% oraz zmniej­szyć emisję dwu­tlenku węgla o 500 ton rocznie. System jest roz­bu­do­wy­wany i obsłu­guje 1350 budynków. Wdro­że­nie podob­nego roz­wią­za­nia roz­wa­żają Hisz­pa­nie, pragnący sięgnąć po ciepło odpadowe z tuneli drą­żo­nych pod Madrytem.

2. Potęga hałasu

Strzelam, że każdy z nas spotkał kiedyś iry­tu­ją­cego typa, który wycią­gnął telefon w auto­bu­sie i zapo­mniał, że nie jest sam. Tego, co traj­ko­tał na tyle głośno, żeby wszyscy współ­pa­sa­że­ro­wie musieli usłyszeć o jego roz­kła­dzie dnia, dyle­ma­tach oso­bi­stych, pro­ble­mach w pracy i adopcji psa. Sang-Woo Kim z kore­ań­skiego Uni­wer­sy­tetu Sung­ky­un­kwan zauważył, że takie gderanie nie musi być bez­pro­duk­tywne. Dlaczego roz­ma­wia­jąc nie mogli­by­śmy jed­no­cze­śnie ładować telefonu?

Energia dźwięku

Dźwięk to zupełnie prze­oczany, nie­wi­dzialny rezer­wuar energii. A przecież mówimy o roz­cho­dzą­cej się w powie­trzu, fizycz­nej fali aku­stycz­nej. Węsząc poten­cjał w 2011 roku Sang-Woo Kim przed­sta­wił prototyp urzą­dze­nia zło­żo­nego z płytek tlenku cynku prze­dzie­lo­nego elek­tro­dami, mającego w zamyśle pochła­niać dźwięk i kon­wer­to­wać wywołane wibracje w prąd elek­tryczny. Wyna­la­zek działał, ale jak pokazała praktyka, Kore­ań­czyk mocno prze­ce­nił efek­tyw­ność swojego pomysłu. Nawet naj­do­nio­ślej­szy głos okazał się zbyt słaby choćby do zapa­le­nia diody, nie mówiąc o nała­do­wa­niu smart­fonu. Jak widać, wzniosłe aforyzmy o wielkiej mocy wypo­wia­da­nych słów nie prze­kła­dają się na fizykę.

Z drugiej strony, nie powin­ni­śmy zbyt łatwo dawać za wygraną. Gdybyśmy zmienili zało­że­nia i wyłożyli podobnym (ale lepszym) mate­ria­łem ekrany aku­styczne na całej długości hała­śli­wych dróg i auto­strad, to być może moto­ry­za­cyjny zgiełk zdołałby kiedyś zasilić część lamp lub sygna­li­za­cji świetlnych.

3. Gorączka ładowania

Podobno dorosły człowiek o masie 70 kilo­gra­mów, uwalnia w ciągu godziny prawie 300 kJ ciepła, co możemy prze­li­czyć na 80 watów. Nieźle. Jednym ze sposobów na uszczk­nię­cie tej energii może okazać się “tkanina” Power Felt, zapre­zen­to­wana przez Coreya Hewitta z Uni­wer­sy­tetu Wake Forest. Ela­styczne tworzywo oparte o nano­rurki węglowe, czerpie ze zjawiska ter­mo­elek­trycz­nego – tj. generuje napięcie elek­tryczne na pod­sta­wie różnicy tem­pe­ra­tur między dwoma punktami. W tym przy­padku prąd powsta­wałby dzięki różnicy cieplnej między ludzkim ciałem a otoczeniem.

Zjawisko termoelektryczne
Prosty schemat urzą­dze­nia korzy­sta­ją­cego ze zjawiska termoelektrycznego.

Jak słusznie prze­czu­wa­cie, Power Felt raczej nie pozwoli na ugo­to­wa­nie obiadu czy uru­cho­mie­nie kom­pu­tera. Pierwsze pro­to­typy gene­ro­wały śmieszne 140 nano­wa­tów (miliar­do­wych części wata). Mimo to, Hewitt marzy o tym, aby jego materiał stał się ele­men­tem poszewek mary­na­rek, pokrow­ców foteli czy etui na telefon. Nawet jeżeli koncept nie stanie się nigdy poważnym źródłem prądu, mógłby pora­to­wać awa­ryj­nym pod­ła­do­wa­niem smart­fonu lub latarki.

Corey Hewitt i jego Power Felt
Tworzywo Power Felt wraz ze swoim wynalazcą.

Na mar­gi­ne­sie dodam, że trwają również zaawan­so­wane prace nad wyko­rzy­sta­niem efektu ter­mo­elek­trycz­nego w większej skali. Fizycy z Uni­wer­sy­tetu Stan­forda i Insty­tutu Maxa Plancka chcie­liby, aby mecha­nizm kon­wer­sji cieplnej stał się uzu­peł­nie­niem dla paneli sło­necz­nych nowej gene­ra­cji, umoż­li­wia­jąc pro­duk­cję prądu również po zacho­dzie Słońca.

4. Ciepło z krematorium

Teraz coś bardziej maka­brycz­nego. W nie­wiel­kiej miej­sco­wo­ści Dukin­field koło Man­che­steru znajduje się nie­zwy­kły zakład kre­ma­cyjny. Nie­zwy­kły, albowiem nadwyżka ciepła pro­du­ko­wa­nego przez piece jest odpro­wa­dzana i wyko­rzy­sty­wana do ogrze­wa­nia kaplicy, biur i innych pobli­skich budynków. Ciała są palone w tem­pe­ra­tu­rach się­ga­ją­cych 1100 °C, więc mowa o istotnej oszczędności.

Projekt ma prawo impo­no­wać prostotą i prag­ma­ty­zmem. Niestety znalazł on znacznie więcej prze­ciw­ni­ków niż naśla­dow­ców. Krytycy powołują się na… względy etyczne. Ich zdaniem, pobie­ra­nie ciepła wypro­mie­nio­wy­wa­nego przez piece miałoby naruszać przepisy kodeksu Mię­dzy­na­ro­do­wej Fede­ra­cji Kre­ma­cyj­nej (tak, jest coś takiego), zgodnie z którym “produkty lub pozo­sta­ło­ści kremacji nie mogą być wyko­rzy­sty­wane do jakich­kol­wiek celów han­dlo­wych”. Wiele z tych debat wień­czyła kon­klu­zja, że chociaż ciepło odpadowe nie stanowi mate­rial­nej “pozo­sta­ło­ści kremacji”, to jednak nie wypada wiązać śmierci z bez­duszną tech­no­lo­gią na żadnej płaszczyźnie.

5. Energetyczne tańce, hulańce, swawole

Na par­kie­cie można wylać sporo potu, a skoro tak, to dlaczego przy okazji nie wytwo­rzyć odrobiny prądu? Taki tok myślenia przyjął holen­der­ski pro­jek­tant i artysta Daan Roose­ga­arde. W 2008 roku skon­stru­ował on podłogę kon­wer­tu­jącą ciśnie­nie wywie­rane przez kroki tancerzy w energię elektryczną.

Energia z tańca

Pierwsza (i chyba jedyna) taka insta­la­cja trafiła do klubu nocnego WATT (ade­kwatna nazwa) w Rot­ter­da­mie. Parkiet składał się z kwa­dra­to­wych modułów o powierzchni 65 cen­ty­me­trów kwa­dra­to­wych, z których każdy gene­ro­wał 25 watów. Wystar­cza­jąco dużo aby zasilić LED-owe oświe­tle­nie oraz sta­no­wi­sko didżeja.

Idea elek­trycz­nego parkietu w praktyce.

Klub od dawna nie istnieje, ale Roose­ga­arde wciąż aktywnie działa na rzecz śro­do­wi­ska i popu­la­ry­za­cji odna­wial­nych źródeł energii. Jak twierdzi: “Nie sądzę, aby na tym świecie bra­ko­wało pie­nię­dzy i tech­no­lo­gii – brakuje wyobraźni”.

6. Produktywne okna

Foto­wol­ta­ika roz­prze­strze­nia się niczym pożar po austra­lij­skim buszu, choć tak naprawdę wciąż dopiero racz­ku­jemy w tej materii, a dostępna tech­no­lo­gia ma jeszcze ogromne pole do rozwoju. Jednym z wielu pro­ble­mów pozo­staje koniecz­ność wygo­spo­da­ro­wa­nia jak naj­więk­szej prze­strzeni dla paneli, co nie jest łatwo zwa­żyw­szy na ogra­ni­czoną powierzch­nię więk­szo­ści dachów. Ta wada skłoniła kon­struk­to­rów do podjęcia prac nad ogniwami prze­zro­czy­stymi (TSC). Takie roz­wią­za­nie dałoby moż­li­wość prze­kształ­ce­nia dowolnej tafli szkła de facto w panel solarny, co otwo­rzy­łoby drogę do krainy nie­ogra­ni­czo­nych zasto­so­wań. Pro­duk­tywne szkło mogłoby zostać zaim­ple­men­to­wane w ekranach smart­fo­nów, soczew­kach okularów, szybach samo­cho­do­wych, czy wreszcie w archi­tek­tu­rze. Gdyby każde z “okien” oszklo­nego biurowca było zdolne do pro­duk­cji energii elek­trycz­no­ści, budynek miałby szansę stać się ener­ge­tycz­nie samowystarczalny.

Ogniwo produkcji Saule Technologies
Pół­prze­zro­czy­sty materiał gene­ru­jący energię słoneczną.

Ale skoro to takie genialne, to dlaczego nie podążamy w tym kierunku? Odpo­wiedź brzmi: podążamy, ale badania idą dość opornie. Spraw­ność pierw­szych bez­barw­nych paneli wahała się od 1 do najwyżej 5%. Pół­prze­zro­czy­ste panele perow­ski­towe wypadają nieco lepiej, ale wydaj­ność nadal nie dociąga nawet do 15%. To wciąż zbyt mało, aby podbić rynek, jednak wyścig trwa i bierze w nim udział przy­naj­mniej dziesięć pod­mio­tów z całego świata (w tym polska firma Saule Tech­no­lo­gies). W grę wchodzi ewen­tu­alny przewrót w bły­ska­wicz­nie pęcz­nie­ją­cej branży, toteż stawka jest więcej niż wysoka.

7. Deszcze niespokojne

Inny kłopot z panelami sło­necz­nymi, dotyczy ich uży­tecz­no­ści w nie­sprzy­ja­ją­cych warun­kach pogo­do­wych. Uczeni z dale­kiego wschodu od dawna główkują nad tym, jak przekuć problem w zaletę i pozy­ski­wać energię z kropel deszczu. Ścierają się tutaj dwie główne kon­cep­cje. Pra­cow­nicy Uni­wer­sy­tetu Soochow w chińskim Suzhou przed­sta­wili wyna­la­zek złożony z płyt prze­zro­czy­stego polimeru, prze­chwy­tu­ją­cego deli­katne ładunki tworzone przy spły­wa­niu kropelek wody. Ich koledzy z City Uni­ver­sity w Hong Kongu odpo­wie­dzieli urzą­dze­niem opartym o folię poli­te­tra­flu­oro­ety­le­nową na podłożu z tlenku indowo-cynowego (pozdra­wiam chemików), gro­ma­dzącą ładunek powstały na skutek mecha­nicz­nego ude­rza­nia kropel.

Pokaz tech­no­lo­gii pozy­ski­wa­nia energii z deszczu, opra­co­wy­wa­nej na Uni­wer­sy­te­cie Hong Kongu.

Drugie roz­wią­za­nie wydaje się na tę chwilę znacznie efek­tyw­niej­sze i kryje spory poten­cjał komer­cyjny. Twórcy teo­re­ty­zują, że energia kropel (DEG) mogłaby znaleźć zasto­so­wa­nie w kadłu­bach statków, a nawet w para­so­lach. Jednak w pierw­szej kolej­no­ści, tech­no­lo­gia powinna uzyskać zain­te­re­so­wa­nie branży foto­wol­ta­icz­nej i przejąć rolę natu­ral­nego uzu­peł­nie­nia dla kla­sycz­nych paneli słonecznych.

Literatura uzupełniająca:
Heat from London Underground tunnels to warm homes and schools, [online: www.ianvisits.co.uk/blog/2020/03/06/heat-from-london-underground-tunnels-to-warm-homes-and-schools];
N. Buddoo, Harnessing heat from the Tube, [online: www.newcivilengineer.com/innovative-thinking/harnessing-heat-from-the-tube-11–05-2020];
D. Hardawar, Cellphones could be charged by voice chatter – still annoy everyone else, [online: www.reuters.com/article/idUS78641671620110509];
L. Fan, W. Li, W. Jin, Maximal nighttime electrical power generation via optimal radiative cooling, [online: www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-28–17-25460&id=434399];
K. Neal, Power Felt gives a charge, [online: www.news.wfu.edu/2012/02/22/power-felt-gives-a-charge];
A. Mourant, Should the excess heat from cremation be recycled?, [online: www.theguardian.com/education/2011/apr/25/cremation-excess-heat-research];
Sustainable Dance Floor, [www.studioroosegaarde.net/project/sustainable-dance-floor];
Transparent Solar Panels: Reforming Future Energy Supply, [online: www.solarmagazine.com/solar-panels/transparent-solar-panels];
W. Xu, H. Zheng, Y. Liu, A droplet-based electricity generator with high instantaneous power density, “Nature”, nr 578, 5 luty 2020;
M. Nichols, Hybrid solar panels to capture energy from rain, [online: www.euroscientist.com/scientists-design-new-solar-cells-to-capture-energy-from-rain/].
Autor
Adam Adamczyk

Adam Adamczyk

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.