1. Картошка как источник энергии в экстремальных условиях 

Экстремальным может быть мир без энергоснабжения после глобальной катастрофы. А может и длительный поход в горы без электромеханического генератора. В таких условиях источником зарядки смартфонов и фонариков может стать обычный картофель. Который, впрочем, можно заменить яблоками, лимонами или другими сочными плодами. 

 

Картошка превращается в электрохимический источник тока, если в нее воткнуть цинковый гвоздь в качестве анода и медную проволоку в качестве катода. Сама картофелина при этом выполняет роль электролита, так как ее сок богат солями и кислотами. За счет реакции окисления электроны утекают с анода и накапливаются на катоде. Если к такой картофельной батарейке подключить лампочку, она будет светиться. 

 

Однако это довольно слабый источник энергии: один плод генерирует лишь порядка 0,5 вольт. В теории 4 соединенные картофелины могут передавать до 12 вольт, что вполне достаточно для зарядки смартфона. Ну а на практике результат будет зависеть от наличия необходимых элементов и хотя бы базовых знаний химии. 

 

Вряд ли стоит говорить о промышленных масштабах использования картофеля или других плодов для получения электричества. Но это может быть вполне действенным способом зарядки маломощного электроприбора вдалеке от цивилизации. 

2. Движение — это жизнь (и немного электричества)

Идея энергии, полученной за счет вибрации и давления, не такая уж и фантастическая. Все дело в пьезоэлектрическом эффекте — способности определенных керамических и кристаллических материалов вырабатывать электрический заряд под воздействием деформации. Этот эффект нашел использование в микрофонах, гидролокаторах, зажигалках и пр.  

 

Не так давно пьезоэффект начали применять и в больших масштабах. К примеру, вибрации пола во время танцев в роттердамском ночном клубе Club Watt генерировали энергию для светового шоу. Идея совместить развлечения и заботу об экологии казалась перспективной, однако вложения в $257 тыс. не окупились, и сейчас клуб закрыт.  

 

Но концепция вполне жива: пьезоматериалами оснащают тротуары, дороги, вокзалы, станции метро, взлетные полосы, футбольные поля и танцполы в разных странах мира. А в армии США планируют монтировать пьезоэлементы в обувь для зарядки рации и других портативных устройств.

 

Один из самых масштабных проектов стоимостью $2,3 млн — установка пьезогенераторов на одной из дорог Сан-Франциско. Чтобы проект окупился, трафик должен составлять от 400 машин/час — тогда энергии будет достаточно для освещения дорог и электроснабжения светофоров, придорожных кафе, отелей и АЗС. 

 

Пока что этот метод довольно дорогостоящий, да и потери энергии в процессе преобразования высокие. Но, возможно, пьезоэлектричество станет востребованным и доступным источником чистой энергии, если получится повісить его эффективность. 

3. Человек как батарейка

Вероятно, многие помнят сцену из "Матрицы", где люди показаны в роли батареек для питания машин. Здравое зерно в этом есть, ведь человеческое тело генерирует энергию даже во время сна, за счет химических реакций. Причем значительная ее часть рассеивается: в среднем за сутки человек выделяет 60-100 кВт тепловой энергии. 

 

В закрытых многолюдных пространствах — на вокзалах, в метро и аэропортах, теплопотери еще выше. Это избыточное тепло можно использовать для обогрева помещений. Например, через здание центрального железнодорожного вокзала Стокгольма ежедневно проходит порядка 250 тыс. пассажиров. Тепло разгоряченных тел улавливается системой вентиляции и нагревает воду в подземных резервуарах станции. Затем горячая вода перенаправляется для обогрева соседнего 13-этажного здания, что позволяет на четверть уменьшить потребление газа в холодный период года. Подобный принцип используется и в торговом центре Mall of America в Миннеаполисе, США. 

 

А несколько крематориев Великобритании и Швеции используют тепло сжигаемых тел. Крематорий в графстве Вустершир обогревает таким образом местный бассейн, что позволяет тому экономить приблизительно £15 тыс. в год.

 

Однако далеко не все готовы воспринимать мертвые тела в роли генератора энергии. Да и в целом это направление пока не очень развито, так как высокие затраты на преобразование тепловой энергии человеческих тел для обогрева не всегда экономически оправданы. Рационально применять подобные технологии в местах с большой плотностью потока, в странах с холодным климатом и высокими ценами на энергоносители. К тому же обогревать можно лишь свое или соседнее здание.

4. Будущее биоэнергетики: водоросли вместо рапса

Энергия, полученная из биомассы, чистая и дешевая. В мире уже вовсю используют отходы и продукты жизнедеятельности животных, выращивают энергетические растения. Но у водорослей есть свои преимущества — они быстро накапливают большие объемы биомассы и не конкурируют за площадь посевов с агрокультурами. Водоросли растут в самых экстремальных условиях, в соленой и пресной воде. Некоторые виды устойчивы к токсинам, их можно разводить практически повсеместно. 

 

Водоросли используют для получения биодизеля и биогаза: согласно разным источникам, они дают в 10-100 раз больше биотоплива, чем любые наземные растения, собранные с аналогичной площади. В США уже есть морские фермы, которые выращивают ламинарию для биотоплива в промышленных масштабах, но пока сложно назвать это направление коммерчески успешным. Слишком уж долго окупаются внушительные первоначальные инвестиции.

 

Известный пример — дом на 15 квартир в Гамбурге, который обогревается зелеными водорослями. Они живут и размножаются в прозрачных панелях в стенах здания, а затем превращаются в биогаз в биореакторе. Такая технология полностью покрывает потребности в отоплении и электроснабжении дома, однако это новшество обошлось в 3,4 млн евро.  

5. Солнечный ветер 

Так называемый солнечный ветер — поток заряженных частиц, который исходит от Солнца, содержит поистине неисчерпаемые запасы энергии. Вопрос в том, как ее захватить и доставить на Землю, ведь около 30% энергии рассеивается при переходе сквозь атмосферу. 

 

С реализацией амбициозного плана поможет спутник Дайсона — Харропа. Его задача — создать магнитное поле, которое будет отлавливать электроны с солнечного ветра и направлять энергию к Земле при помощи инфракрасного лазера. Атмосфера планеты не влияет на инфракрасный спектр, а значит, потери энергии будут гораздо меньше. 

 

Для воплощения столь захватывающей идеи нужно решить несколько проблем:

• обеспечить финансирование; 

• придумать, как защитить спутник от космического мусора;

• минимизировать потери энергии при преодолении атмосферы;

• улучшить прицельную точность лазера. 

 

На данный момент более вероятным выглядит использование спутника для энергоснабжения космических миссий. Но в будущем возможна подача энергии из космоса в труднодоступные места или регионы стихийных бедствий.  

 

Пока что все эти способы получения электроэнергии не очень активно используются из-за того, что остаются малоэффективными. Но в мире четко виден тренд на зеленую энергетику, а значит, ученые и экспериментаторы будут развивать и эти направления. Возможно, уже довольно скоро заряжать смартфон мы будем если не от картошки, то по крайней мере от обуви прямо во время ходьбы.