Nová grafenová technologie by mohla těžit elektrický proud z Wi-Fi signálů  
Každý den se koupeme v moři teraherzových vln, které nesou spoustu energie. Tuhle energii bychom mohli využít k dobíjení běžné elektroniky. Mohl by nám s tím významně pomoci grafen, společně s dalšími 2D materiály.

Podaří se nám těžit terahertzové vlny? Kredit: José-Luis Olivares, MIT.
Podaří se nám těžit terahertzové vlny? Kredit: José-Luis Olivares, MIT.
Každé zařízení, které vysílá Wi-Fi signály, rovněž vyzařuje i terahertzové vlny. To jsou vlny elektromagnetického záření, které se ve spektru nacházejí mezi mikrovlnami a infračerveným zářením. A terahertzové vlny rovněž vyzařují objekty, které mají svou vlastní teplotu. Z toho vyplývá, že vysokofrekvenční terahertzové vlny jsou v dnešní době všudypřítomné. Pokud by se nám povedlo je efektivně využívat, mohly by se stát zajímavým alternativním zdrojem energie.

 

Terahertzové záření. Kredi: Tatoute / Wikimedia Commons.
Terahertzové záření. Kredi: Tatoute / Wikimedia Commons.
Lze si například představit, že budou existovat moduly k chytrým telefonům a dalším mobilním zařízením, které budou neustále „nasávat“ energii terahertzového záření v okolí a využívat ji k dobíjení příslušného zařízení. Až doposud ale byla energie ukrytá v terahertzovém záření zcela nevyužitá, protože zatím neexistovala prakticky použitelná technologie, která by dokázala energii terahertzového záření „vytěžit“ a zpracovat.

Schéma navrženého zařízení. Zeleně grafen, modře antény. Kredit: MIT.
Schéma navrženého zařízení. Zeleně grafen, modře antény. Kredit: MIT.

Hiroki Isobe z Materials Research Laboratory amerického institutu MIT a jeho spolupracovníci vymysleli postup, jak by bylo možné vytěžit energii terahertzových vln v prostředí a přeměnit ji na stejnosměrný proud, který je využitelný v mnoha elektronických zařízeních. Ve své technologii využívají kvantově mechanické vlastnosti populárního grafenu.

 

Zjistili totiž, že když zkombinují grafen s dalším 2D materiálem, v tomto případě nitridem bóru, tak dojde ke sladění pohybu elektronů v grafenu do jednoho směru. Přicházející terahertzové vlny působí na tyto elektrony, které se pak pohybují v tomto zařízení a vytvářejí tím stejnosměrný elektrický proud. Až doposud se podobných technologií, které vytvářejí z terahertzového záření stejnosměrný proud, objevilo jen velmi málo. A fungovalo to jen za extrémně nízkých teplot, což je pro běžné využití velmi nepraktické.

 

Jak zdůrazňuje Isobe, obvykle se doslova koupeme v oceánu terahertzových vln. Pokud se nám podaří zužitkovat jejich energii pro rozmanitá zařízení, která používáme v každodenním životě, tak by nám to rozhodně pomohlo s řešením řady dnešních problémů, spojených s energetikou.

 

Literatura

MIT 27. 3. 2020.

Datum: 08.04.2020
Tisk článku

Člověk a příroda ? Vzduch - kolektiv autorů
 
 
cena původní: 119 Kč
cena: 113 Kč
Člověk a příroda ? Vzduch
kolektiv autorů
Související články:

Jak získat elektřinu z tepelného záření Země kvantovým tunelováním?     Autor: Stanislav Mihulka (08.02.2018)
Jak vytěžit elektřinu z odpadního tepla?     Autor: Stanislav Mihulka (11.07.2018)
Ohebná 2D anténa vyrábí z Wi-Fi signálů elektřinu     Autor: Stanislav Mihulka (30.01.2019)



Diskuze:

perpetuum mobile druhého druhu?

Stanislav Brabec,2020-04-21 04:03:42

Aby zařízení dokázalo tyto vlny využít, muselo by jich samo vyzařovat méně, než kolik přijímá. Tedy muselo by být studenější než okolí. A to mobil, který chcete nabíjet, jaksi není.

Možná, s jistými omezeními, by mohl využívat teplo lidí. Ideální by bylo, kdyby byli nazí, a kdyby byla v místnosti co největší zima.

Před nedávnem byl na Oslu trochu podobný nápad. Ten byl alespoň lépe realizovatelný, protože využíval chladu oblohy.

Jak špatně je na tom moderní Wi-Fi jako zdroj energie jsem zde vypočítával celkem nedávno, když si jiný tým dělal na tento zdroj zálusk. Ve vzdálenosti 2 m od přístupového bodu Wi-Fi lze počítat s krásnými 25 nW, 10 m od zdroje už s pouhým 1 nW. I ta nejmenší lithiová baterie (a ty trvanlivější knoflíkové) je schopna dát totéž po dobu 10 let, a ještě jí energie zbude. Viz diskuse k http://www.osel.cz/10331-ohebna-2d-antena-vyrabi-z-wi-fi-signalu-elektrinu.html

Je zajímavé, že v těchto cool nesmyslech vždy figuruje Wi-Fi, které je k danému účelu zcela nevhodné, protože v době, kdy nepřenáší data, klesá výkon zhruba o 4 řády. Moderní Wi-Fi navíc používají chytré řízení výkonu a beam forming, takže tam ani datový přenos nepomůže.

Odpovědět

Správne, správne,

Vladimír Bzdušek,2020-04-12 22:10:04

lenže pointa je práve v tom 50 Ohm telefónnom slúchadle. To sa dalo zohnať kdekoľvek, kdežto rádioamatérske vysokoohmové boli sakra drahé, tuším 130 Kčs v roku 1970. To telefónne malo vnútri dve cievky s kontaktami vyvedenými na pájkovacie očká, na ktoré sa naletovala malá Ge dióda, tá sa zmestila dovnútra na rozdiel od kryštálového detektora.

Odpovědět

Tak v lepším případě je to něco jako využití odpadního tepla

Pavel Aron,2020-04-10 15:09:46

Ta energie vysílaná z routeru nebo vysílače WiFi signálu se do zařízení nejprve musí dodat. To co zařízení vyzařuje není směrované, takže účinnost nic moc. No a navíc pokud tu energii budeme odebírat bude chybět zařízení pro které je určená. Takže smysl bych viděl v něčem jako využití nadbytečné energie. Router je v provozu neustále, kdežto zařízení, která přijímají signál jen občas a většinou ne v noci. Ale mám pocit, že účinnost a ekonomika by byla dost mizerná.

Odpovědět

Nerad bych někomu bral iluze,

Vojta Ondříček,2020-04-09 22:53:18

ale zmíněné Wi-Fi (W-LAN) v domácím, tedy standartním provedení, vyzařuje maximálně výkon 100mW. Existují samozřejmě silnější třídy W-LAN 200mW pro hotely, nebo dokonce W-LAN 1W, třeba pro prostor kempu, nebo stadionu.

Hustota vyzářené energie klesá se čtvercem vzdálenosti. To se ví. Vezmu-li tedy domácí prostředí s vysílačem 100mW, tak mám v odstupu tří metrů (bez nějaké zdi mezi) maximální hustotu energie 2,4mW na 1 metr čtvereční. Chci-li tuto energii zachytit, potřebuji parabolu o ploše jednoho čtverečního metru koncentrující energii do duté antény, za kterou proběhne usměrnění na stejnosměrný proud. Neočekával bych zisk větší než 1mW. Ale bacha, jen v provozu W-LAN na maximální výkon.

Ta druhá strana krajíce je tvořena spotřebičem. Běžný mobil má akumulátor o kapacitě dejme 3Wh. Teoreticky by mé výše popsané zařízení potřebovalo na nabití toho akumulátoru 3000 hodin (á 1mW) a ušetřilo tak 3Wh na počítači el. energie což dělá bratru 5Kč/330, tedy asi tak 1,5 dávného haléře. Opakuji, jen v případě běžel-li by W-LAN na 100% po celých 3000hodin.

A ten standartní W-LAN používá frekvenci 2,4GHz. Nevím odkud se vzaly ony THz z článku. Ty by měli do vyzděnách místností dost omezený přístup.

Fotovoltaický panýlek o ploše jednoho dm čtverečního, by takový akumulátor nabil za slunečního svitu za 3 hodiny.

Odpovědět


Re: Nerad bych někomu bral iluze,

Pavel A1,2020-04-10 08:39:52

A to ještě dnešní Wifi mají často směrování paprsku (já mám doma už přes 10 let Wifi router, který umí směrovat až do čtyř nezávislých paprsků), takže taková anténa bude mít signál o mnoho řádů slabší, než odpovídá vašim výpočtům.

Připomnělo mi to jednu dávnou historku, jak podle zelených bezmozků šetřit energii.

Na Jižním Městě stavěli nový kostel, stavitelé se dostali pod tlak zelených bezmozků a ti jim vnutili nápad, že ho budou vytápět tepelným čerpadlem, jehož výměník tepla strčí do tunelu Metra. Když jim z Metra nabídli, ať si to radši připojí do nedalekých odporníků, kde se pálí rekuperovaná energie, pro kterou není použití, a do kostela si dají akumulačky, tak to zelení bezmozkové odmítli. Akumulačky totiž nejsou ten pravý kultovní předmět pro jejich náboženství. A protože dělat díry do tunelů metra není to pravé ořechové a nikdo to nepovolil, tak ten kostel připojili na místní teplovod a v odpornících se stále pálí energie, pro kterou není použití.

Odpovědět


Re: Re: Nerad bych někomu bral iluze,

Josef Hrncirik,2020-04-10 15:34:13

Chce to, a proto je neosvítil.
Gott mitt uns.

Odpovědět

Vhodné téma pro Grétu

Jaroslav Lepka,2020-04-09 15:22:15

a další páteční záškoláky.

Odpovědět

Karel Marsalek,2020-04-09 10:06:45

"moře teraherzových vln, které nesou spoustu energie" ma jisty smysl sve existence. Vetsinou prenaseji informace od vysilace k prijimaci. Tim, ze se z elmg. pole zacne energie odsavat ("dobijeni bezne elektroniky"), dojde k deformaci pole - intenzity elektricke a magneticke slozky se zmeni, nejspise klesnou. Tim padem, v mistech, kde driv byl jeste prijem signalu mozny, nyni jiz mozny nebude. Opravdu to chceme?

Jinak souhlasim s predrecniky: az tam pujde rozsvitit LEDku, bude intenzita dostatecna :-) 5G hadr.

WiFi (obvykle jednotky GHz) vs. THz vlny? Autor originalniho clanku docasne ztratil znalosti z elektromagnetismu anebo je nikdy nemel. Pak pise o vecech, kterym nerozumi. Original tohoto clanku by bylo vhodne umistit na konspiracnich webech, tam svou urovni patri :-)

Odpovědět

Vojtěch Běhunčík,2020-04-08 18:47:44

"Wi-Fi signál" je strašně široký pojem.
WiFi (a mikrovlnná trouba) na rozsahu 2,4 GHz má délku vlny 12,5 cm.
WiFI v pámu 60 GHz má délku vlny 5 mm, vlna s kmitočtem 1 THz má délku 0,3 mm.
Zelené světlo s kmitočtem 530 THz má vlnovou délku 565 nm, kde jeden foton nese energii 2,34 eV.
https://en.wikipedia.org/wiki/Visible_spectrum

"Každý den se koupeme v moři teraherzových vln, které nesou spoustu energie."
Pravda, WiFi zařízení 2,4 GHz může emitovat nějaké vyšší harmonické, ale zas taková kvanta terahertzových vln to nejsou.
A pro konverzi světla na elektrickou energii máme fotovoltaické panely.

Odpovědět

Měřítko

Honza Šimek,2020-04-08 14:17:49

O jakých energiích se tu vůbec bavíme? Dokázal bych si představit nanowattová nebo mikrowattová zařízení napájená anténou velikostí násobně větší než samotné zařízení. Určitě ne dobíjení mobilních telefonů. Už jen absence jakéhokoli čísla ve zdrojovém článku mne plní skepsí.

Odpovědět


Re: Měřítko

Vojtěch Běhunčík,2020-04-08 19:08:05

Nějaká odpověď by byla v odkaze zde:
Photon energy ("https://en.wikipedia.org/wiki/Photon_energy")
Photon energy is the energy carried by a single photon.
...
Examples
During photosynthesis, specific chlorophyll molecules absorb red-light photons at a wavelength of 700 nm in the photosystem I, corresponding to an energy of each photon of ≈ 2 eV ≈ 3 x 10^−19 J ...
A minimum of 48 photons is needed for the synthesis of a single glucose molecule from CO2 and water (chemical potential difference 5 x 10^-18 J) with a maximal energy conversion efficiency of 35%.
---
Nejméně 48 fotonů je potřeba pro syntézu jedné molekuly glukózy z oxidu uhličitého a vody (chemický rozdíl potenciálů 5x10^-18 J) s maximální účinností přeměny energie 35%.

Odpovědět


Re: Re: Měřítko

Honza Šimek,2020-04-09 00:59:23

Díky, ale měl jsem se vyjádřit přesněji. Nejde mi o energii fotonů, ale o to, kolik energie je pro zařízení daného typu dostupné v prostředí. Jde mi tedy spíš o výkon. Jak jsem tak pochopil ze zdrojové práce, vývoj této nové technologie má za úkol „zaplnit terahertz gap,“ tedy pracovat především s frekvencemi 0,1 - 10 THz (3 - 0,03 mm).

Odpovědět


Re: Měřítko

Florian Stanislav,2020-04-09 21:38:58

Vysílač Kleť byl kvůli DVB-T2 navýšen na 100 kW. Jsem 10 km od vysílače a koupu se v tom vlnění. Frekvenci znát nepotřebuji, výkon rozptýlený na plochu nemůže být větší, než má vysílač. Předpokládám, že vysílání je směrované pod vysílacím úhlem 2°. Což by mělo umožnit zasáhnout směrovaným vysíláním ještě vzdálenosti 50 km. Výšky vysílače nad povrchem je asi 500 m = 0,5 km. Pak ve vzdálenosti 10 km bude horní výška směrového vysílání 0,4 km nad povrchem. Pak ve vzdálenosti 10 km bude zasaženo této (budu počítat povrch válce) výseče kulové plochy 25 000 000 m2. Pak 100 000/ 25 000 000 = 0,000 4 W/m2 = 4 mikrowaty na dm2. Za 1 hodinu bude (4E-6)*5*3600=0,0144 [J]. -
Ne, že bych tomu rozuměl, ale výkon, který může zachytit malé zařízení, je opravdu malý.
Takže plácnu další výpočet.
Mobilní telefon má baterii 3000 mAh, tedy 3000 mAh =3A po dobu 1 hodiny s při napětí 3,6V. Řekněme, že se vybíjí 100 hodin, tedy 0,03A*3,6 =0,1 W. Na dobíjení telefonu koupáním ve vlnění tedy potřebujeme anténu o ploše 0,1/0,0004 =250 m2.

Odpovědět

Ja neviem,

Vladimír Bzdušek,2020-04-08 13:50:24

vy ostatní?
Ak sa na natihnutom dráte rozsvieti najúspornejšia LEDka, poviem, že pole je dostatočné.

Odpovědět


Re: Ja neviem,

Josef Hrncirik,2020-04-10 15:42:00

Vím, že TO řeší i zapeklitý rektifikační a fázový problém v slabém šumovém poli.
Je TO lepší než mrtvý Maxwellův démon!

Odpovědět


200 kW

Vladimír Bzdušek,2020-04-10 21:42:08

mal SV vysielač, od ktorého som býval asi 10 km. Ako chlapci sme každý mali 50-Ohm telefónne slúchadlo s diódou 1NN41. Hralo to na akákoľvek kus drôtu. Ak sa pripojilo na riadnu dlhú anténu, tak doslova revalo. Priamo pod vysielam, cca 500m boli prvé domy. Tam vraj skutočne svietili žiarovky, ale detaily neviem. Viem však, že bolo oficiálne zakázané takto svietiť.

Odpovědět


Re: 200 kW

Vladimír Bzdušek,2020-04-11 22:07:33

Orientačný výpočet pre slúchaddlo s impedanciou 50 Ohm a Ge diódu dáva asi 3mW. To by červenú LED bez problémov rozsvietilo prúdom 2 mA. Takže No problem. Ak niekto býva pod takýmto vysielačom, bude svietiť. (Teda tá LED, nie on)

Odpovědět


Re: Re: 200 kW

Josef Hrncirik,2020-04-12 21:12:54

Jasné je, že VF dioda signál z antény bez problému usměrní a sluchátka reagují na obálku napětí (pochopitelně proudu). Řekněme že hloubka modulace ja 30%. 3 mW/50 V/A odpovídají napětí cca 1,2V. Nosná možná 3,6 V. To by mělo svítit. Zkusme na to jít od výkonu. Nyní norma dovoluje jen 2 W/m2 v obydlené oblasti /?prý to je cca 20 V/m; snad 1 m2 odpovídá čerpání 1 m dipólu s 75 V/A napájení středem; 20*20/75 = ale 5 W/m2.
200 kW klesne na 2 W/m2 po průchodu plochou cca 100000 m2 tj. ve vzdálenosti cca 130 od stožáru. Krátká anténa menší než čtvrt vlny má ale impedanci cca 2000 V/A jako indukce. 1 m drátu by pak při oněch 20 V/m pustil jen 20/2000 = 0,1 A do dokonalého uzemnění a na činné zátěži ? 50 V/A by se uplatnilo ? jen 50/2000=1/40 = cca 50 mW.
Já jsem měl trofejní sluchátka 2 kV/A ze Svazarmu á 5,- Kč. Ty by řvaly cca 1 W.
Mělo jsem anténu 30 m dlouhou cca 13 km od Topolné tehdy snad 400 kW. Bylo to slyšet na 1 m. Asi jsem měl dobrý sluch:2-6 mW řvalo na metr (z tankistických sluchátek od Kurska).
Mám dojem, dioda nebyla vůbec lepší než krystalový detektor za menší cenu.

Odpovědět


Re: Re: Re: 200 kW

Vladimír Bzdušek,2020-04-12 22:11:02

Správne, správne, lenže pointa je práve v tom 50 Ohm telefónnom slúchadle. To sa dalo zohnať kdekoľvek, kdežto rádioamatérske vysokoohmové boli sakra drahé, tuším 130 Kčs v roku 1970. To telefónne malo vnútri dve cievky s kontaktami vyvedenými na pájkovacie očká, na ktoré sa naletovala malá Ge dióda, tá sa zmestila dovnútra na rozdiel od kryštálového detektora.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: 200 kW

Josef Hrncirik,2020-04-13 07:54:38

Chybně, chybně; krátká anténa má kapacitní charakter, jalovou impedanci nutno snížit¨(anténu prodloužit) indukčností. Tatínek říkal, že anténa by měla být z odizolovaného drátu, aby vlny mohly dovnitř.
Nevaroval ale před kapacitním zkratem přes porcelánové anténní izolátory do země. ani nenavrhl zemnící protiváhu. Pevné nylonové struny do sekaček tehdy nebyly ani v Tuzexu. U ruského tranzistoráku jsem se pokoušel mezi KV anténu, zem a vstup připojit laděný pí článek, ale kvalitu propagandy to nedokázalo zlepšit ani o 1 dB.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: 200 kW

Josef Hrncirik,2020-04-13 10:02:09

Správně šlo o zákonitý třídní boj spekulativního nekrytého kapitálu proti námezdné pracovní síle prostřednictvím štvavých vysílaček.

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