Když podlaha vyrábí elektřinu

The Energy Floors je značka pro první taneční podlahu na světě, která mění kinetickou energii tančících lidí na elektřinu. Pro majitele tanečního studia je to zcela určitě dobrý marketingový tah – každý si chce zaskotačit a přitom pozorovat, jak se podle intenzity jeho tance rozsvěcují světla.

Elektromechanický generátor

Zmíněná taneční podlaha funguje na elektromechanickém principu. Jednotlivé podlahové moduly (dlaždice) jsou z pružného materiálu a při nášlapu se mírně prohnou. Elektromechanický generátor uvnitř každé dlaždice přemění tento malý vertikální pohyb na elektřinu, která pak rozsvěcí LED diody. Každý podlahový modul velikosti 75 x 75 x 20 cm může produkovat až 35 wattů, 5 až 20 wattů na jednu tančící osobu. Vyrobená elektřina zvládne pohánět nejen světla, ale i drobné aplikace, nebo se dá uskladnit do baterií. Podlaha existuje v různých tvarech, plochách, lze ji použít v různých prostředích, třeba při sportovních událostech, na veletrzích, výstavách, show.

Podlahu v různých obměnách můžete obdivovat ve videích zde: http://www.energy-floors.com/media/videos/

Piezoelektrický jev

Další  možností je zabudovat do podlahy piezoelektrický krystal. Stlačením určitého uspořádání atomů s nízkou symetrií v krystalové mřížce se změní rozložení kladných jader a záporného elektronového obalu tak, že se zvětší dipólový moment mřížky. Na protilehlých plochách krystalu se objeví opačné elektrické náboje. Ty pak mohou indukovat vodivostní náboje, které se dají elektrickým obvodem odvést. Piezoelektrický materiál nemusí být jen v podlaze. Dá se zabudovat do podrážek jakýchkoli bot a při každém kroku bude vyrábět elektřinu. Haim Abramovich z izraelského Technologického institutu v Haifě experimentuje s piezoelektrickým systémem zabudovaným  5 cm pod povrch desetimetrového úseku dvouproudé silnice. Při délce 1 km a 600 kamionech za hodinu by teoreticky mohly vibrace projíždějících aut produkovat až 200 kWh za hodinu. Bude-li to fungovat, může se stejný systém použít na letištích, závodních drahách, kdekoliv. Piezoelektrický jev má ovšem svá omezení, produkuje mikroproudy, takže se musejí použít vysoce vodivé materiály, např. platina. Tato „legrace“ zatím vychází velmi draho.

Triboelektrický jev

Xudong Wang a jeho kolegové z University Wisconsin-Madison vynalezli jiný materiál, který produkuje elektřinu, když po něm lidé chodí. Na rozdíl od výše zmíněných pokusů, při nichž se využily drahé keramické materiály a kovy, je nový materiál levný, obnovitelný a biodegradovatelný. Jsou to celulózová nanovlákna z dřevěné drtě. Výzkumníci je oddělili do dvou vrstev, jednu upravili chemicky, aby získala kladný náboj. Potom obě vrstvy uzavřeli mezi kartony a vyrobili z nich pevný materiál. Pod tlakem chůze se obě vrstvy spojují a vyměňují si elektrony. Když se noha zvedne, elektrony se vrací zpět externím okruhem a produkují elektřinu. Jedním krokem můžeme vytvořit napětí 10 až 30 voltů při proudu, který dokáže rozsvítit 35 zelených zářivek LED. Podlahoviny, které mění kroky na energii, by mohly jednoho dne pomáhat osvětlovat železniční a podzemní stanice, pěší tunely a další dopravní tepny. Tento druh energie nemůže sice nahradit elektřinu ze sítě, ale může ji doplňovat. (Triboelektrický jev znamená, že některé materiály mohou získat elektrický náboj poté, co se třou s jiným materiálem. Známé je například tření skla a kožešiny nebo vlasů a hřebenu. Kostka cukru při drcení ve tmě zřetelně blýská. Při kontaktu se přenáší náboj z jednoho materiálu na druhý, kvůli vyrovnání elektrochemických potenciálů.)

Energie z pneumatik

Stejná skupina vědců z University Wisconsin–Madison vyvinula nanogenerátor, který umí využít energii z odvalujících se pneumatik. Xudong Wang a jeho tým na tom pracovali déle než rok. Nanogenerátor je založen rovněž na triboelektrickém efektu a využívá energii z měnícího se elektrického potenciálu mezi kolem a silnicí. V segmentu pneumatiky je integrovaná elektroda. Když přijde do kontaktu se zemí, třením se produkuje elektřina. „Na překonání tření mezi pneumatikou a silnicí spotřebovává auto kolem 10 % svého paliva,“ říká Wang. „To je vyplýtvaná energie. Čili když ji budeme umět alespoň zčásti nahradit jinou energií, která při jízdě může vzniknout, zlepšíme účinnost,“ dodává. Na první pokusy použili dětskou hračku – autíčko a LED diody. Jak se kolečko s elektrodou odvaluje, LEDka bliká. Množství získané energie závisí samozřejmě na hmotnosti vozu a na jeho rychlosti.

Zdroje

http://nanoscience.engr.wisc.edu/

http://www.energy-floors.com/sustainable-dance-floor/

New Scientist, 2016, č. 3098, s. 23

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285515001937