Hlavně když kape! Nová technologie rozsvítí jedinou kapkou 100 LEDek  
Nový kapkový generátor elektřiny s teflonovým filmem dramaticky prorazil limity, které doposud svazovaly tento zajímavý způsob těžby energie. Z dopadu jedné běžné kapky vody z výšky 15 cm vytěží přes 140 V.
DEG generátor. Kredit: City University of Hong Kong / Nature.
DEG generátor. Kredit: City University of Hong Kong / Nature.

Když prší, tak s každou kapkou vody dopadá špetka energie. A byl by hřích tuhle energii nevyužít, třeba k výrobě elektřiny. Pochopitelně nejde o úplně nový nápad. Vědci a inženýři ale doposud nedokázali z takových zařízení vymáčknout dostatečný výkon na to, aby se technologie stala komerčně zajímavou. Teď tu ale možná je dlouho očekávaný průlom.

 

Wang Zuankai. Kredit: City University of Hong Kong.
Wang Zuankai. Kredit: City University of Hong Kong.

Wang Zuankai z hongkongské City University of Hong Kong a jeho spolupracovníci vynalezli technologii, která dokáže z jediné dopadlé kapky vody vygenerovat tolik elektřiny, že tím rozsvítí stovku malých komerčních LEDek. To je ohromný skok v účinnosti podobných zařízení, asi tak několik tisíckrát. Jejich výzkum publikoval časopis Nature.

 

Zuankaiho tým nechal dopadnout kapku se 100 mikrolitry vody z výšky 15 centimetrů. Jejich technologie z toho vytáhla více než 140 V, což postačuje na zmíněné LEDky. Nebylo to jednoduché a badatelé museli využít sofistikované triky. Podobných pokusů byla celá řada. Časem ale vyšlo najevo, že fyzika přeměny energie kapek vody na elektřinu je mnohem komplikovanější, nežli v případě zužitkování energie přílivu, vln anebo tekoucí vody.

 

Vytěžíme energii kapek vody? Kredit: Kredit: City University of Hong Kong / Nature.
Vytěžíme energii kapek vody? Kredit: Kredit: City University of Hong Kong / Nature.

Jedním z triků, které Zuankai a spol. využili při stavbě svého generátoru DEG (droplet-based electricity generator), byl tenký film z teflonu, čili PTFE (polytetrafluorethylen). Takový materiál dokáže při dopadání kapek vody shromažďovat povrchový náboj, dokud nedojde k jeho saturaci.

 

Jejich generátor DEG je postavený tak, že když na něj dopadne kapka vody a zasáhne povrch generátoru, tak vytvoří „můstek“ a spojí dvě elektrody. Jedna z nich je hliníku, zatímco to druhá je z oxidu india a cínu ITO (indium tin oxide) a má na vrchu zmíněný teflonový film. Kapky vody v tomto případě hrají roli rezistoru, zatímco povrch generátoru funguje jako kondenzátor.

 

Výkon nové technologie je pozoruhodný. Zároveň je jasné, že by ji bylo možné využít nejen při dešti, ale všude, kam často dopadá voda, od trupu velkých či malých lodí, přes vodní parky, až po dno lahve s vodou. Zatím prý ale ještě zbývá dost práce, než bude kapkový generátor s teflonem připravený k praktickému využití. Autoři nové technologie doufají, že během příštích pěti let budou mít hotový funkční prototyp takového zařízení.

 

Video: A Drop of Water Can Light Up 100 LED Bulbs

 

Literatura

Science Alert 16. 2. 2020, Nature online 5. 2. 2020.

Datum: 17.02.2020
Tisk článku

Tesla génius, který zkrotil elektřinu - Kent David J.
 
 
cena původní: 348 Kč
cena: 299 Kč
Tesla génius, který zkrotil elektřinu
Kent David J.
Související články:

Jak vytěžit elektřinu z odpadního tepla?     Autor: Stanislav Mihulka (11.07.2018)
Jak rozsvítit světlo nezměrným chladem vesmíru?     Autor: Stanislav Mihulka (13.09.2019)
Nový materiál zlomil rekord v přeměně tepla na elektřinu     Autor: Stanislav Mihulka (16.11.2019)



Diskuze:

Vidím dobře?

Josef Hrncirik,2020-02-20 12:37:23

Místo slibovaných 100 (4 nezávislé kanály x 100) = 400) rozzářených LED
jich na titulní straně videa svítí v 1. poli od 1. kapátka jen cca 25;
ve 2. poli jen cca 50 + 1; ve 3. poli slabě 1 a teprve ve 4.poli oněch slibovaných 100+1

Odpovědět

Indium

Michal Lichvár,2020-02-18 11:19:53

Indium je jeden z najmenej zastupenych prvkov v zemskom plasti:
https://www.nrel.gov/docs/fy16osti/62409.pdf

Indium reserves are an estimated 15,000 tonnes, more than two thirds of which are in
China. A broader estimate, including reserves and resources, from the Indium
Corporation of America (Moss et al. 2011) is total reserves and resources of
approximately 50,000 tonnes, with some 47% in China and the Commonwealth of
Independent States and 53% in other countries.

Nic moc nato, aby sa z toho dali vo velkom vyrabat potahy na lode.

ps: az raz SpaceX najde asteroid plny India ... :)

Odpovědět


Re: Indium

Daniel Konečný,2020-02-18 13:53:34

Az raz najde SpaceX asteroid plny india, tak si vsichni, kteri by tuhle technologii vyuzili, radeji najmou brigadniky, at jim toci s dynamem kdykoliv to bude potreba, protoze to furt vyjde vyhodneji.

Odpovědět


Re: Re: Indium

Václav Dvořák,2020-02-18 21:12:26

Tak nějak :D :D :D

Odpovědět

Energie

Vojta Ondříček,2020-02-17 20:04:14

Jednotka potenciální energie je Nm (Newton metr) a je rovna 1 J (Joulu) neboli jedné Ws (watt sekundě). Není tak nemožné, si to zapamatovat.

Jedna kapka vody padající 15cm nabere tedy kinetickou energii
Ekin = 0,15m * 0,0001kg * 9,81 = 0,15 mWs.

Jedna signální LEDička svítínkuje (patrné v absolutní tmě)
při zhruba 1,8V a 0,1mA což vyžaduje příkon P = 1,8V * 0,1mA = 0,18mW (po jednu sekundu)
Což je zhruba stejně jako ta jedna kapka padající z 15cm výšky.
Generuje-li to v článku popsané zařízení potentiál (napětí) 140V, tak by mohla energie 77 kapiček z výšky 15cm nechat bliknout 77 kusů LED. Ovšem za předpokladu 100%-ho převodu té kinetické energie na energii elektrickou.

Víc informací mi poskytnul článek
https://www.focus.de/wissen/natur/neuartiger-generator-elektrischer-strom-aus-wassertropfen_id_11639418.html

Ve kterém stojí také, že 16 tisíců kapek vytvoří náboj o
hodnotě 50nC (nano coulombů) = 50nAs ... což je mezi námi řečeno prakticky nic uvážíme-li čas pro odkapání 16 tisíců kapek a nebo množství kapkogenerátorů. 50nC při napětí 140V mi dá zanedbatelný výkon 7µW.
Možná, že se spletli v jednotkách.

Také se tam píše, že poměr výkonu a plochy by měl být 50W / m², což je 5mW/cm². No a tenhle údaj je zase velmi nesmírně optimistický v porovnání s údajem v předchozím odstavci. Babo raď jak je to skutečně.

Na druhou stranu v tom článku hlásí Wang a kolegové, že jediná kapka vybudí potenciál 140V při proudu 0,27mA, kterýž výkon by postačil na bliknutí (o energii není v tomto odstavci řeč, můžeme tedy jen spekulovat) oněch 77 LED (á 1,8V). To bliknutí by mohlo trvat i desetinu sekundy, nebo i kratší dobu. Třeba jen tu 77-tinu sekundy.

Kapky musejí padat ovšem v určité frekvenci, aby byl dosažen maximální výkon.

Jen tak na okraj, kdybych použil dynamický, nabo piezzoelektrický mikrofon a nechal na jeho membránu kapat vodu, tak tím také vyrobím elektrickou energii. Kolik nevím, ale když uvážím, že v obou případech je energetická účinnot vysoká, tak bych měl s té jedné kapky padající z 15 cm dostat oněch zhruba 0,15mJ (mWs), a ... nebyl bych omezen na tu výšku 15 cm !!!
Kapička spadnoucí z výšky 15m by měla za absence brzdícího vzduchu energii 100x větší, než ta z 15cm.

Poznámka - je to narychlo a bez recenze sepsané, tak se omlouvám za případné chyby.

Odpovědět


Re: Energie. ZBabělá realita.

Josef Hrncirik,2020-02-20 13:21:49

Článek se nejrychleji vyhledá pod DOI: 10.1038/s41586-020-1985-6
Vše v něm je Svatá Pravda. Tou je i neklamavý údaj výkonu 50 W/m2.
Drobný detail je jen to, že jde jen o samozřejmý zelený peak výkon právě, jen při sepnutí výboje nabité kapky do sběrné Al elektrody.
Skutečný průměrný výkon je jen 47 mW/m2 při frekvenci kapek 5 Hz.
Jen Don Quixote de la Mancha by napsal, že z jedné kapky vody dopadlé z 15 cm vytěží 2,86 uJ.
Důmyslnější Sancha Pancha by z jediné kapky vytěžil 29 erg při nedostižné neúčinnosti 98%.

Odpovědět

Energia zdarma

Milan Somora,2020-02-17 18:55:01

Viem si predstaviť energetickú farmu o veľkosti hektára napríklad na odtoku vyčistenej vody z čistiarne odpadových vôd . Priemerné mesto vyprodukuje prietok 500 l/s. dobrý a levný zdroj kvapiek.

Odpovědět


Re: Energia zdarma

Miroslav Pragl,2020-02-18 08:31:55

A voda bude mit nizsi rychlost a bude zanaset odtokove kanaly ...

MP

Odpovědět

Využití

Marek Zelenka,2020-02-17 13:34:22

Velmi užitečné např. v ČR, kde prší stále méně. Já si raději koupím 1000 W za 5 korun :-D

Odpovědět


Re: Využití

Tereza Dankova,2020-02-17 18:47:46

V Brazilském pralese se dost těžko hledají prodejny z baterkama a do města to bývá stovky kilometrů. Zato vody tu z nebe padá víc, než je milé. Přenosné soláry i s baterkama nám tu byly k ničemu. I kdyby to v noci blikalo jen občas, bylo by to pro nás k nezaplacení. Držím palce aby to dotáhly do nějaké praktické aplikace, jak slibují.

Odpovědět


Re: Re: Využití

Marek Zelenka,2020-02-18 19:59:36

Tereza Dankova: Chápu. Takže budete svítit jen když pokape, jinak budete po tmě :-)
Dříve se svítilo třeba olejovýma lampičkama a fungovalo to dobře tisíce let...

Odpovědět

Já bych to využil

Míla Trček,2020-02-17 10:06:03

Mám chatu a hned vedle mi celý rok vyvěrá pramen na něco většího to není, ale tohle bych uvítal, třeba jen jako minimální osvětlení schodů...
I kdyby to nepravidlně blikalo a odrazovalo zloděje... Za mne dobrý.

Odpovědět


Re: Já bych to využil

Tadeas Noreka,2020-02-17 10:31:39

Já mám na chatě solár, ale mám problém právě když den, nebo i týden prší.... jako doplněk pro tyto dny, kdy mám ze střechy kapek nazbyt, by to nemuselo být k zahození.

Odpovědět


Re: Já bych to využil

Václav Dvořák,2020-02-18 21:15:28

Nějaká malá turbínka napojená na malinké dynamo by nejspíš byla mnohem účinnější...

Odpovědět

Vida

Jaromír Kalhota,2020-02-17 08:50:58

Na a je to stačí koupit čerpadlo, zahradní postřikovač a naplnit bazének vodou, vše uzavřít do jednoho okruhu a máte nevyčerpatelný zdroj energie, tedy dokud se voda neodpaří duhovým zářením.

Odpovědět


Re: Vida

Eliška Mácová,2020-02-17 10:15:37

U nás bazén nepotřebujeme. Jsem na vesnici a odpadní voda nám teče do septiku a z něj přes dvě další čistící už vytéká čůrkem čistá do kanalizace. Když peru na malou, nebo mladýmu kalhoty, tak máme ten čůrek teče dva dny a pak už stejně zase peru starýmu spodky. I kdyby z toho mohlo být v noci nějaké blikátko, aby se dalo jít na záchod, nebylo by to k zahození.

Odpovědět


Re: Re: Vida

Tereza Dankova,2020-02-17 13:32:58

Ono to nemusí být k zahození tam, kde mají dlouhá období dešťů, nebo kde prší často. Mám zkušenosti z pralesních oblastí. Tam solár moc nepomůže - sluníčka poskrovnu. ale prší každý den. Kdyby bylo nejhůř, tak naříznout liánu a je den až dva po starostech. Ale to praní kalhot, taky dobrý :).

Odpovědět

Trochu zavádějící

Robert Frischer,2020-02-17 08:29:32

Ono tvrdit, že rozsvítím 100 LEDek je jedna věc, nicméně je třeba si uvědomit, jaká je ENERGIE dopadu takové kapky. Mluvit o potenciálu 140 V je opravdu zavádějící, protože nám to nic neřekne. Jedná se o převod mechanické dopadové energie na energii elektrickou, která je ve formě krátkého impulsu s amplitudou 140 V. Výkon bude zcela zanedbatelný, ale to až tak nevadí. jedná se o oblast zdrojů tzv. "Energy Harvesting", které jsou schopny střádat tyto malinké příspěvky energie a poté je vydat jako jeden souvislý tok energie, který opravdu může na nějakou dobu rozsvítit nějakou LED, senzor apod. Může to být zajímavým doplňkem k termoelektrickým generátorům a solárním článkům, ale příliš bych se neradoval :)

Odpovědět

Proč však netěžil s běžnými LED, které se určitě rozsvítí již při 2 V ?

Josef Hrncirik,2020-02-17 05:42:24

Odpovědět


Re: Proč však netěžil s běžnými LED, které se určitě rozsvítí již při 2 V ?

Pavel Hudecek,2020-02-17 13:15:18

Protože ke svícení se používají bílé a v těch jsou zavřené modré a ty zas potřebují kolem 3 V:-) No a když zdroj dává 140, tak nejjednodušší řešení je zapojit víc LED do série, aby se to dalo využít s vyšší účinností bez konverze napětí.

Odpovědět


Re: Re: Proč však netěžil s běžnými LED, které se určitě rozsvítí již při 2 V ?

Václav Dvořák,2020-02-18 21:20:42

A co takhle tam dát kondenzátor vhodné kapacity, který by se nabil na příměřené napětí pro méně LED v sérii nebo rovnou nějaký malý akumulátor? Díky postupnému vybíjení by to během proměnlivého deště mohlo svítit celkem rovnoměrně.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni














Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace