Kolik energie se dá vychodit?  
Kroky nedávají spát mnoha inovátorům. A jak by ne když každý došlap paty generuje zhruba 20 wattů a jediným výsledkem jsou zapařené nohy z tepla a přeposílání 20 joulů za sekundu pánubohu do oken. S dalším pokusem v dlouhé řadě snah jak takovému plýtvání zamezit, přichází tým Hurtada Maciase z Jižní Ameriky.

 

Zvětšit obrázek
Schema mexické „nabíjecí boty“. (Kredit: CIMAV)


V jednom jsou si výsledky všech, co se pokoušeli využít energii z chůze podobné, neujaly se. Nejnověji to zkouší ve výzkumném středisku CIMAV Chihuahua, na severu Mexika. Jejich mechanické zařízení by se mělo montovat do podrážek a nebo vkládat do bot jako vložky. Za pomoci piezoelektrických krystalů by pak při každém kroku vyrábělo elektrický proud. Testovaným prototypem již dobíjeli AAA baterie. I když podle fotografie to vypadá, že by bylo potřeba kupovat boty o pár čísel větší, není tomu tak. Vložka je jen dva palce (5 cm) široká a na výšku má tři milimetry. 

 

A její tvůrce: Abel Macias Hurtado (CIMAV)


Rozměrově podobné zařízení již několik let vyvíjí také firma InStep NanoPower. I když na první pohled vypadají obě stejně, severoameričtí kolegové místo stlačování krystalů vsadili na vymačkávání energie z kapiček. Za nápadem „seveřanů“ stojí Thomas Nikita Krupenkin, universitní profesor z Madisonu s patentem US 7,898,096 B1. Jeho vložky do bot s kuličkami z galistanu a pentaoxidu tantalu mají šanci získávat až 1000  W m −2 (!) Je to tak lákavá hodnota, že Krupenkin, původem Rus, kromě podpory od amerických sponzorů dostal na nové boty peníze i od Evropské unie. Zjistit ale, jak projekt dotovaný European Research Council, ERC pokračuje, je ale takřka nemožné. Pan profesor a president firmy v jedné osobě se ničím novým už od té doby co dostal prostředky nepochlubil a také webové stránky jeho firmy zejí třetím rokem prázdnotou. Nicméně myšlenka je to stále zajímavá a stojí za povšimnutí. Možná i proto, že kdyby napadlo v tom pokračovat a dokončit to někoho z vás, vynaložené prostředky a úsilí by byly k ničemu.    

 

Zvětšit obrázek
Testování zařízení umístěného do podrážky běžné boty. Mechanickou energii došlapu piezokrystal převede na elektrickou a ta se uskladní do nabíjecí AAA baterie. (Kredit: CIMAV)


 
I když se pro popisovaný jev používá složitá formulka „reverzní elektrosmáčivost“, princip zařízení je poměrně jednoduchý. Základem je pohyb kapaliny, v níž jsou vodivé a nevodivé „oblasti“. Kapalinou se pak tlakem postrkuje v kapiláře a ta je osazena sadou elektrod. Proces je reverzibilní a  kapalina se může nechat proudit v trubičce jedním směrem a pak zase zpět. Protože v patentové přihlášce profesor nedefinoval délku kapilár, vztahuje se i na sady mikrokapiček jen tak se volně pohupujících v důlcích mezi vrstvami jakéhosi sendviče. A poněvadž i povrch krycích desek může  fungovat jako sběrnice povrchového elektrického náboje,  lze proud vyrobit  i stlačováním jakési důlkovaté houby vhodně „nasáklé“ patřičnou kapalinou. Jinak řečeno to znamená, že i kdybychom se snažili místo kapilár použít jiný tvar, šikovná formulace pana profesora by nás stejně dostala do patentové pasti.  Dokonce ani použitím jiné kapaliny bychom se  z toho nevyvlekli.

 

Zvětšit obrázek
Výrobní nano-jednotka od firmy InStep NanoPower, místo tlaku na piezokrystal využívá deformování kapiček z vodivého kovu. Vynucená změna jejich optimálního tvaru představuje energii v podobě elektrického proudu, kterou lze z povrchu „odsát“ pomocí elektrod. (Kredit: University of Wisconsin)


Největší množství energie v těchto systémech lze dosáhnout kapičkami rtuti. Pro použití v botách se kvůli svým jedovatým výparům ale Američané počítají se slitinou gallia, india a cínu (68,5 % Ga, 21,5 % In, 10 % Sn). Říká se jí galistan – podle začátečních písmen prvků, které ji tvoří: Gallium, Indium a Stannum (latinsky cín). Je to látka netoxická a tuhne až při -19 stupních Celsia. Krupenkinovy vložky do bot budou mít vadu krásy o níž se nepíše. Do třeskutých mrazů se nehodí. Ne kvůli tomu, že by přestaly baterie dobíjet, ale proto, že  by se z pružných podrážek v mžiku stávaly dřeváky a při troše smůly by mohly ztvrdnout v ne zrovna pro nohu přívětivém tvaru.

 

Zvětšit obrázek
Jako dielektrikum pro kapiláry se nejlépe osvědčil pentaoxid tantalu (Ta2O5). Tento izolant má vysokou schopnost polarizace (tedy být polarizován). Jeho vložením do elektrického pole nastává jev, který se nazývá polarizace dielektrika. Při ní se z atomů nebo molekul dielektrika působením přitažlivé a odpudivé elektrické síly stanou elektrické dipóly – dojde k nesymetrickému rozložení částic s elektrickým nábojem uvnitř molekul. (Kredit: InStep NanoPower)

Projekt zatím nikdo nezpochybnil a tak nejspíš pokračuje. Pokud v původním předpokladu, potom v botě bude poskládán zhruba dva metry dlouhý kapilární had s asi 1 000 kapičkami (každá 1 mm dlouhá a mezi sousedními 1 mm kapalinového dielektrika). Potřebná plocha pro takové řešení představuje 40 cm čtverečních, což je asi čtvrtina plochy průměrného lidského chodidla. Výška polštářku pod patou by byla dokonce o milimetr nižší, než kolik zamýšlí u nově rozbíhaného projektu Mexičané.

Zvětšit obrázek
Princip je podobný tomu, jaký známe z klasického deskového kondenzátoru se dvěma plochými propojenými elektrodami, mezi nimiž je malá mezera. Když se na elektrody přivede proud, jejich opačné náboje způsobí, že systém v určité poloze „ztuhne“. Násilím lze takový stav vychylovat, což vede k nárůstu napětí na elektrodách a obvodem začne procházet elektrický proud. Problém je v tom, že z hlediska výtěžnosti takového systému je potřeba udržet kapičky co nejblíže. Toho Krupenkin elegantně dosáhl tím, že je oddělil od dalších kapek nevodivým izolantem v podobě jiné kapaliny. Mezi povrchem kuličky rtuti a druhou (pevnou) elektrodou docílil mezer jen 10 – 50 nanometrů. (Kredit: InStep NanoPower)

 Dva milimetry vysoká vložka v botě by přibližně polovinu z energie došlapu, tedy něco okolo 10 W, měla být využita na stlačování kapiček tekutého kovu. To je mez při níž by  chodec neměl mít při chůzi nepříjemné pocity. Reálný odhad čistého výkonu po ošetření o ztráty na jednu nohu je okolo 2 wattů při běžné chůzi.

 

Jak na tom jsou s výkonem své boty Mexičané neuvádějí. Asi ví proč. Zmiňují jen, že to je v mikro-wattech s poznámkou, že hodnotu ještě vylepšují. Ani fotografie jejich zařízení moc důvěry nevzbuzuje. Prý ale proto, že na ní je testovací aparatura komplikovaně namontovaná na běžnou obuv.  Vedoucí týmu Macias má kromě obuvnictví v plánu ještě něco. Na stejném principu vytvořit jakési rohože a chce je rozprostřít před vchody do metra a na hodně frekventovaných veřejných prostranstvích. A to je asi lepší nápad, než být ševcem nabízejícím produkt co divně pruží a který zákazníkovi za pocit nejistého kroku dopřává odměnu chvíli rozsvícené žárovičky.  

Zvětšit obrázek
Ideální elektrobotu pro osel.cz ztvárnil Mandor http://www.mandor.sk

Myšlenka nechat šlapat „zástupy“ početného národa v metropoli po koberci, který by byl umístěn tak, aby se mu nedalo snadno vyhnout, je podstatně jiná káva. Nejspíš se setká s úspěchem. Je hodně míst, kde je žádoucí prosvětlit schodiště, či temné kouty kam by zavedení sluníčka, nebo drátů elektrického proudu, vyšlo draho. Na rozběhnutí firmy a zajištění slušného živobytí, by se nápad rohožky mohl stát doslova kouzelným koberečkem. Zato na piezokrystalech v botách si vylámala zuby i taková konkurence, jakou je DARPA. Ani za dlouhé vojenské peníze se jí nepodařilo  pěšákům zpříjemnit jejich noční přesuny. Vyrobila pro ně kanady s led-diodami zabudovanými do špičky a  piezokrystaly v podpatku ale i když se blikající bagančata generálům zamlouvala, v praxi se to neujalo.   
Ale kdo ví, třeba to Jihoameričanům tentokrát vyjde a dojdou tak splnění svého cíle – přispět ke snížení oteplování planety...  

 

Prameny: Piezoelectric chin device harvests jaw movements for energy
Investigación y Desarrollo
http://www.instepnanopower.com/Default.aspx

 

Datum: 02.10.2014 14:51
Tisk článku

Energie bez konce - Vynálezy, koncepty, řešení - von Rétyi Andreas
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 279 Kč
cena: 240 Kč
Energie bez konce - Vynálezy, koncepty, řešení
von Rétyi Andreas

Diskuze:

Štěpán Maxa,2014-10-11 12:16:19

Nejsem si uplně jistej s tou úžasností odpruženejch bot. Beru to od běhání, kde ideální bota je tvrdá, plochá, bez pružení, protože jedině tak člověk pak používá nohu tak, jak se mu po statisíce let vyvíjela evolucí a jedině tak cejtí povrch a může reagovat. V odpružený botě si tak akorát vykloubim kotník.
Přirovnání s dynamem na kole se mi zdá hodně špatný

Odpovědět

Výpočet energie.

Oskar Zemcik,2014-10-03 15:32:13

Mně přijde podobné úvaha pro generování energie jako naprosto nesmyslná. Podle mne je ideální bota taková, která bude absorbovat naprosto minimální energii a po došlapu zafunguje jako pružina a energii vrátí do dalšího kroku...
Přijde mi to podobné jako když si přidělám dynamo na kolo, prostě budu muset o něco málo "šlapat" víc.
Jen pro představu rozdíl mezi průměrnou chůzi a sezením (kolik tělo vydá) je 600kJ za hodinu, to je průměrný výkon zhruba 167W.

Odpovědět

1000 W/m2

Stanislav Kaštánek,2014-10-03 12:34:55

Výkon až 1000 W/m2 je asi 6x víc, jak kdyby na to svítilo slunce (průměr pro celou Zemi je 342 W/m2 a dopad až na povrch je kolem 168 W/m2). A je otázka kolik energie se při došlápnutí opravdu předá, když trvá asi 0,1-0,2 s, pak vyjde sotva 20 [W]*0,2 [s] = 4 J na jeden krok.
Kdyby v místě došlapu bylo něco jako věčná baterka založená na pohybu magnetického jádra s pružinou v cívce, tak by to vyrábělo proud na osvědčeném principu.

Odpovědět


Re:

Vít Výmola,2014-10-03 13:25:02

Pozor na ty průměry. Těch 342 W/m2 je výkon zprůměrovaný na celou plochu Země, tedy včetně noční strany. Skutečný výkon pod přímým Sluncem je asi čtyřikrát vyšší (1366 W/m2 bez vlivu atmosféry).
Ale, pravda, v botách se chodí i potmě. :D

Odpovědět


sluneční konstanta

Matyáš Patlevič,2014-10-03 14:07:52

Teď si nejsem jistý, ale myslím, že ta sluneční konstanta (1366W*m^-2) je na povrchu země, tudíž po odečtení vlivu atmosféry.

Odpovědět


pro V.Výmola

Stanislav Kaštánek,2014-10-03 17:28:58

Ano 342 W/m2 je průměr na celý povrch včetně noční strany a bez odrazu atmosféry. Je otázka, zda na boty bude svítit slunce kolmo a určitě 30% zachytí atmosféra.
http://www.barrettbellamyclimate.com/userimages/EB2.jpg

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