Меню

Электричество из растений своими руками

Технология Plant-e — электричество из растений

В течение нескольких последних лет многие компании, занимающиеся разработкой зеленых источников электроэнергии, ведут кропотливые исследования, направленные на поиски альтернативных методов ее получения. Так, голландская компания Plant-e добилась успеха в использовании для этой цели побочных продуктов фотосинтеза некоторых водолюбивых растений.

Принцип получения электроэнергии в чем-то схож с известным школьным экспериментом, когда вставленные в картофелину или в лимон электроды позволяют извлечь немного электричества, однако описываемая здесь технология имеет более сложное устройство.

Презентация новой технологии компании Plant-e прошла осенним вечером 2014 года в одном из парков Гамбурга. Проект носил название «Звездное небо» (Starry Sky), и суть его заключалась в том, что 300 обычных светодиодных светильников будут получать электричество от живых растений. Это и было продемонстрировано всем желающим наблюдателям, присутствующим в тот день на презентации.

Наряду с проектом «Звездное небо», компания Plant-e реализует системы питания точек доступа Wi-Fi, зарядные устройства для мобильных гаджетов, источники питания для подсветки транспортной инфраструктуры, дорожных знаков, и т.п., а также электрические модули для установки на крыши домов. Все это работает с применением энергии, получаемой от живых растений, причем без причинения этим растениям даже минимального вреда.

Учредители Plant-e уверены в революционности технологии, поскольку метод совершенно экологически безопасен, а главное – есть возможность использовать обширные площади болот и рисовых полей для производства электроэнергии в промышленных масштабах там, где имеет место ее дефицит, и речь здесь идет о целых странах.

В основе технологии – своеобразный аккумулятор, представляющий собой квадратный пластиковый контейнер со стороной 50 см. Контейнер разделен на две части ионоселективной мембраной, через которую происходит движение ионов водорода к катоду.

В одной части контейнера расположена аэробная катодная камера, а в другой части – анаэробная анодная камера. К аноду устремляются свободные электроны, которые по внешней цепи передаются на катод. В результате соединения водорода с кислородом в катодной камере образуется вода, и генерируется электрический ток.

Это становится возможным, поскольку при фотосинтезе солнечная энергия преобразуется через листья в органические вещества, которые затем выводятся растением через корни в окружающую их влажную почву.

Часть органических веществ расходуется самим растением для обеспечения его жизнедеятельности, а оставшаяся в воде почвы их часть перерабатывается микроорганизмами, в результате чего образуется много свободных электронов, вот они то и используются для производства электричества. Проще говоря, электроды, погруженные в эту влажную почву, захватывают электроны, и производят электрический ток.

По словам исполнительного директора компании Маржолейн Элдер, один квадратный метр площади сада, оборудованный таким образом, сможет произвести 28 кВт-ч электрической энергии в год, и это вполне пригодно для площадей, скажем в 100 квадратных метров и более, будь то садовый участок, или оборудованные аналогичным образом теплицы.

Следующим же шагом на данной стадии, станет использование компанией болот. По замыслу разработчиков, в топь, болото, рисовое поле, или дельту реки будут горизонтально погружены трубы, в которых будет происходить процесс аналогичный процессу в квадратных ячейках. Трубчатый прототип уже создан, и в течение ближайших трех-пяти лет будет выведен на рынок.

Источник

Получение бесплатного электричества своими руками: способы

Добыча электричества из земли

Так уж получается, что если знать хотя бы немного строение почвы и основы электрики, можно понять, как получить электроэнергию из самой земли-матушки. А всё дело в том, что почва в своей структуре объединяет твёрдую, жидкую и газообразную среду. И именно это необходимо для успешного извлечения электричества, так как позволяет найти разность потенциалов, что в результате и приводит к успешному результату.

Таким образом, почва является своего рода электростанцией, в которой постоянно находится электричество. А если учесть тот факт, что через заземления ток истекает в землю и там концентрируется, то обходить стороной подобную возможность просто кощунственно.Используя подобные знания, умельцы, как правило, предпочитают получать электричество из земли тремя способами:

  • Нулевой провод — нагрузка — почва.
  • Цинковый и медный электрод.
  • Потенциал между крышей и землёй.Стоит рассмотреть каждый из методов более подробно, чтобы лучше стало понятно, о чём речь.

Нулевой провод — нагрузка — почва : подразумевает под собой использование третьего проводника, который соединяет заземлённый проводник и нулевой контакт, что позволяет получить ток напряжением 10−20 вольт. А этого вполне хватит для подключения нескольких лампочек. Хотя если немного поэкспериментировать, то можно получить и куда большее напряжение.Цинковый и медный электрод используют для добычи электричества из грунта в изолированном пространстве. В такой почве ничего расти не будет, так как она перенасыщена солями. Берётся цинковый или железный прут и вставляется в землю. А также берут аналогичный прут из меди и тоже вставляют в почву на небольшом расстоянии.В результате почва будет выполнять функцию электролита, а стержни образуют разницу потенциалов. Как итог, цинковый прут будет отрицательным электродом, а медный — положительным. А подобная система будет выдавать всего около 3 вольт. Но опять же, если немного поколдовать со схемой, то вполне можно полученное напряжение неплохо увеличить.Потенциал между крышей и землёй в те же 3 вольта можно «словить», если крыша будет железной, а в земле установить ферритовые пластины. Если увеличивать размер пластин или расстояние между ними и крышей, то значение напряжения можно увеличить.

Довольно странно, но заводских приспособлений для получения электричества из земли почему-то нет. Но самостоятельно сделать любой из способов можно даже без каких-то особых затрат. Это, конечно, хорошо.

Электроток из воздуха

Вот уж мечта многих получать халявное электричество своими руками из воздуха. Но как оказывается, не всё так просто. Хотя существует множество способов получить электричество из окружающей среды, сделать это не всегда просто. И несколько способов, которые стоит знать:

Читайте также:  Проект ядовитые растения детский сад

Грозовые батареи названы так потому, что способны накапливать потенциал из электрических разрядов, а попросту из молний. Несмотря на кажущуюся эффективность, такие системы трудно предсказуемы, как и сами молнии. Да и создать самостоятельно подобную конструкцию скорее опасно, чем сложно. Ведь они притягивают молнии до 2000 вольт, что смертельно опасно.

Солнце как источник энергии

Как же можно обделить вниманием столь мощный энергоисточник, как солнце. И, конечно, многие слышали о возможности получать электричество от солнечных батарей. Более того, кто-то даже пользовался калькуляторами и другой мелкой электроникой на солнечных батарейках. Но вопрос стоит о том, можно ли таким образом обеспечить электричеством дом.

Если посмотреть на опыт европейских любителей дармовщинки, то подобная затея вполне себе реализуема . Правда, на сами солнечные батареи придётся потратить немалые средства. Но полученная экономия вполне окупит все затраты с избытком.Хотя ряд минусов всё же есть. Работа подобных батарей зависит от Солнца, которое не всегда присутствует в нужном количестве. Так, в зимнее время или в сезон дождей могут возникать проблемы в работе.

В остальном это простой и эффективный источник неиссякаемой энергии.

Альтернативные и сомнительные методы

В некоторых зарубежных странах, там, где есть вулканы, их энергию с успехом используют для добычи электроэнергии. Благодаря специальным установкам работают целые заводы. Ведь полученная энергия измеряется мегаваттами. Но особо интересно то, что добыть электричество своими руками подобным способом могут и рядовые граждане. К примеру, некоторые используют энергию тепла вулкана, которую совсем несложно трансформировать в электрическую.
Многим известна история про незатейливого дачника, которому якобы удалось получить халявную электроэнергию из пирамид. Этот человек утверждает, что построенные им из фольги пирамиды и аккумулятор в качестве накопителя помогают освещать весь приусадебный участок. Хотя выглядит это маловероятным.Многие учёные бьются над поиском добычи альтернативных методов энергии. Начиная от использования процессов фотосинтеза и заканчивая энергиями Земли и солнечными ветрами. Ведь в век, когда электроэнергия особенно востребована, это как нельзя кстати. А имея интерес и некоторые знания, каждый может внести свой вклад в изучение получения халявной энергии.

Источник

Электричество из живых растений: зеленые электростанции

Компания под названием Plant-e из Нидерландов трансформирует энергию живых зеленых растений в электрическую, которая будет использоваться в практике. Например, уже сейчас этой энергии может хватить, чтобы обеспечить работу светодиодных осветительных приборов, точек Wi-Fi и зарядки батарей мобильных электронных устройств.

Ученые не перестают заниматься самыми смелыми экспериментами в области биоэнергетики. Получение электрической энергии из живых растений – перспективное направление в этой сфере, которое позволит хотя бы отчасти решить проблему энергообеспечения отдельных регионов планеты с низким уровнем экономического развития. Компания Plant-e из Нидерландов трансформирует энергию растений в электрическую энергию, которую можно использовать в различных целях.

Зеленые электостанции

Электричество можно получать из растений

На сегодняшний день очень актуальна тема новых, дополнительных источников электрической энергии.

Один из альтернативных методов в этой области открыли сотрудники компании Plant-e, которые досконально изучили определенные процессы, имеющие место в биосфере. Для получения электроэнергии голландцы использовали один из побочных продуктов реакции фотосинтеза (это учат на уроках биологии в школе).

Электричество, получаемое из живых растений

Исследователи высаживают растения особого вида в специально подготовленные для этого контейнеры, изготовленные из пластика, площадью до 1/4 метра кв. Растения активно растут и в результате фотосинтеза вырабатывают определенные сахаристые соединения. Объем сахара, который вырабатывают растения, значительно превосходит необходимость в нем этих растений и излишки сахара «сбрасываются» посредством корневой системы обратно в грунт. Сахар, полученный в растениях и попавший в грунт, начинает вступать в реакцию с кислородом в атмосфере и в ходе этой реакции выделяются свободные электроны. Электроды при погружении в грунт собирают свободные электроны, трансформируя их в электрический ток, а объем электричества, которое вырабатывается в данном процессе, вполне достаточен для обеспечения энергией светодиодных осветительных приборов, точек Wi-Fi и даже зарядки батарей мобильных электронных устройств.

Основатели компании Plant-e уверены, что разработанная ими биотехнология выработки электроэнергии найдет применение в слабо развитых и удаленных регионах планеты, там, где естественные условия подходят для роста растений и где, по ряду причин, нет возможности подключать к эксплуатации другие технологии получения энергии.

Прямая трансформация световой энергии в электрическую заложена в принципе работы генераторов, содержащих хлорофилл. Хлорофилл под действием солнечного света может отдавать и присоединять электроны. М. Кальвин еще в далеком 1972 году предложил концепцию создания фотоэлемента, в котором источником электротока был бы хлорофилл, способный при условии освещения отнимать электроны от заданных веществ и передавать их каким-то другим. Кальвин взял в качестве проводника, вступающего в контакт с хлорофиллом, соединение оксид цинка. При освещении этой системы в ней возникал электрический ток плотностью 0,1 микроампера на один квадратный см. Данный фотоэлемент работал непродолжительное время, так как хлорофилл быстро утрачивал свойство отдавать электроны. Чтоб продлить время действия фотоэлемента использовался еще один источник электронов — гидрохинон. В такой системе зеленый пигмент отдавал уже не только свои, но и электроны гидрохинона. Простые математические расчеты гласят, что подобный фотоэлемент площадью 10 квадратных м имеет потенциальную мощность до одного киловатта.

История развития

Профессор Фудзио Такахаси из Японии для выработки электроэнергии брал хлорофилл, полученный из зеленых листьев шпината. Транзисторный приемник, к которому присоединили солнечную батарейку, благополучно работал. Помимо этого, на Японских островах осуществляются исследования по трансформации солнечной энергии в электрическую при помощи цианобактерий, выращенных в специальной питательной среде. Цианобактерии наносятся тонким слоем на прозрачный электрод из оксида цинка и с противоэлектродом погружают в так называемый буферный раствор. И когда на бактерии попадет свет, в цепи рождается электрический ток. В 1973 году американские ученые У. Стокениус и Д. Остерхельт сделали описание своеобразного белка мембран фиолетовых бактерий из соленых озер Калифорнийской пустыни. Белок этот назвали бактериородопсином. Интересно, что бактериородопсин возникает в мембранах галобактерий при нехватке кислорода. А дефицит кислорода в водоемах наблюдается при активном развитии галобактерий. Посредством бактериородопсина бактерии усваивают солнечную энергию, возмещая имеющийся в результате прекращения дыхания недостаток энергии.

Читайте также:  Все лесные растения с несъедобные

Что такое бактериородопсин

Бактериородопсин выделяют из солелюбивых галобактерий, отправив их в воду (эти бактерии замечательно себя чувствуют в растворе кухонной соли). Галобактерии переполняются водой и лопаются, естественно, их содержимое перемешивается с водной средой. Но мембраны, содержащие бактериородопсин, не поддаются разрушению, так как имеют стойкую “упаковку” своих пигментарных молекул. Эти молекулы образуют белковые кристаллы — фиолетовые бляшки. В них молекулы бактериородопсина сгруппированы в триады, а триады — в правильные шестиугольники. Бляшки по размеру крупнее остальных компонентов галобактерий, и поэтому их можно выделить методом центрифугирования. В результате промывки центрифугата остается фиолетовая масса пастообразной консистенции. На 75% она состоит из бактериородопсина и на 25% — из фосфолипидов, которые заполняют пространства между белковыми молекулами.

Фосфолипидами называются молекулы жиров в соединении с остатками фосфорной кислоты. Еще каких-то веществ в центрифугате нет, поэтому создаются удобные условия для экспериментов с бактериородопсином. Данное сложное соединение необычайно устойчиво к воздействию среды. Оно не теряет своей активности при нагреве до 100 °С и спокойно хранится в холодильнике на протяжении лет. Бактериородопсин имеет устойчивость к кислотам и окислителям. Причина этой устойчивости кроется в том, что галобактерии обитают в необыкновенно суровой среде — в насыщенных солевых растворах, например, в водах озер в природной зоне пустынь. В подобной сильно соленой и перегретой среде организмы, с тонкими мембранами не выживают. Этот факт необычайно интересен как возможности бактериородопсина как трансформатора световой энергии в электрическую. Когда мы выпавший в осадок под влиянием ионов кальция бактериородопсин освещаем, то прибор вольтметр продемонстрирует присутствие электрического потенциала на поверхности мембран. Если убрать свет, потенциал пропадает. В итоге было доказано, что бактериородопсин способен выступать в качестве генератора электрического тока.

Белковые генераторы

В лаборатории специалиста в сфере биоэнергетики В. П. Скулачева досконально изучался процесс встраивания бактериородопсина в мембрану и условия работы его как светозависимого генератора электрического тока. Со временем в данной лаборатории были изготовлены электрические элементы с использованием белковых генераторов электрического тока. В таких элементах имелись мембранные фильтры, пропитанные фосфолипидами с бактериородопсином и хлорофиллом. Специалисты утверждают, что подобные фильтры с белками-генераторами, если их соединить последовательно, могут выступать в качестве электробатареи.

В университете Калифорнии создали идентичную батарею, которая входе одноразового использования в продолжение 1,5 часов давала светиться электрической лампе. Выводы биоэнергентиков позволяют надеяться, что фотоэлементы на базе бактериородопсина и хлорофилла смогут применяться как генераторы электроэнергии.

Описанные выше опыты — начальный этап в разработке новых типов фотоэлектрических и топливных элементов, трансформирующих световую энергию с высокой результативностью. Видимо, недалек тот день, когда жители Земли станут извлекать «электричество из растений».

Исчерпаемые источники энергии рано или поздно подойдут к концу. На планете иссякнут запасы нефти, газа, угля. И выработка электрической энергии на гидроэлектростанциях, тепловых (работающих на угле), атомных электростанциях станет вчерашним днем. Все эти технологии, активно работающие в ХХ веке, нанесли и продолжают наносить колоссальный вред окружающей среде. А человечество нуждается в электрической энергии как никогда. Представьте, что на ваших гаджетах сели батареи, а монитор домашнего или рабочего компьютера не светится привычным светом. Без электрической энергии жизнь цивилизации будет парализована. Возможно, такие «зеленые» электростанции и подобные им разработки станут панацеей в будущем и спасут людей от энергетического кризиса? Ведь уже сегодня значительную долю электроэнергии получают на альтернативных — ветровых, приливных, волновых станциях. Подобные экологичные пути выработки электроэнергии не наносят вред окружающей среде и со временем помогут отказаться от опасных для человека и природы производств.опубликовано econet.ru.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Источник

Действительно зеленое электричество

Смогут ли растения стать новым источником экологически чистой энергии

В погоне за альтернативными источниками энергии ученые не обошли стороной и царство растений. Разумеется, речь идет о гораздо более продвинутых технологиях, чем «классическое» извлечение электроэнергии из картофелины или апельсина с помощью воткнутых в них электродов. Целая область науки ищет, чем бы заполнить новую страницу в истории взаимоотношений человека и зеленых легких планеты. Подробнее об этом, а также о развиваемом в России проекте «Green Spark», который уже дает энергию из биофотогальванических ячеек, можно будет узнать 19 мая на фестивале «Политех».

Как зарядиться от картошки

По интернету давно бродят фото- и видеоизображения горящих лампочек, присоединенных к картофелине (апельсину, лимону, яблоку). Также в сети полно инструкций, как в домашних условиях изготовить картошкобатарейку. Достаточно взять картофелину, медный и оцинкованный электроды (гвозди, например), соединительные провода и светодиодную лампочку для демонстрации электрического эффекта. В один бок корнеплода (или фрукта) втыкаем цинковый электрод, затем соединяем его с лампочкой, другой полюс лампочки соединяем с медным электродом, который втыкаем в ту же картофелину, но с другого бока.

Читайте также:  Почему у растения герань желтеют листья

Все эти действия рациональны и химически объяснимы: кислая среда внутри растительного источника создает необходимое количество свободных протонов (H+). В такой среде при взаимодействии с активным (хорошо отдающим электроны) металлом выделяются свободные носители отрицательного элементарного заряда, готовые бежать по цепи и заставлять лампочку светиться. В свою очередь, поток протонов от анода к катоду, как положено в батарейках, создает электродвижущую силу и замыкает цепь. Катод делается из менее активного металла (цинк против меди). А в качестве активной среды подойдет даже лист или стебель — любая, даже слабокислотная, часть растения.

Важный вопрос: насколько такие аккумуляторы эффективны? (И не полезнее ли будет их употреблять в классическом виде — в пищу?) Для ответа на него есть много экспериментальных демонстраций, которые позволяют рассчитать: чтобы зарядить смартфон, понадобится около 50 килограммов картофеля. Безусловно, конкретные характеристики растительного аккумулятора зависят от многих факторов — кислотности источника энергии (так, лимон явно кислее картофеля), свежести образца и даже кислотности почвы, в которой он вырос. Прибавим сюда качество гвоздей, сплавов, которыми эти гвозди покрыты и так далее. Но, как ни подбирай ингредиенты, явным недостатком вегетарианской подзарядки будет ее невысокая эффективность при большой отходности. Что картофелина, что лимон работать будут недолго, их придется часто менять, и пока зарядится смартфон, не один мешок опустеет.

Так что этот способ — скорее забавная шутка или фантазия для постапокалиптического сценария, чем надежда для удаленных и лишенных промышленных электростанций уголков Земли.

Зеленый лист — солнечная батарея мечты

Солнечная батарея — один из самых популярных экологичных энергетических девайсов. В ее основе лежит красивая идея — взять солнечную энергию, которая и так греет планету, и извлечь из нее электроэнергию без всяких побочных эффектов. Однако у этих устройств, несмотря на то, что они изобретены уже давно и с тех пор постоянно совершенствуются, есть ряд существенных недостатков. Главные из них — низкая эффективность (лишь некоторые коммерческие образцы обладают КПД на уровне 20 процентов) и ограниченная функциональность (работают, только пока светит солнце).

Растения — те же солнечные батареи, просто естественные. В процессе фотосинтеза молекулы пигментов, находящиеся в мембранах тилакоидов, поглощают энергию солнечного света и преобразуют ее в энергию химических соединений.

Физически при поглощении кванта света определенной частоты электрон в молекуле пигмента переходит из основного состояния в возбужденное, то есть на более высокий энергетический уровень. «Разрядка» возбужденного состояния молекулы хлорофилла может происходить в виде выделения тепла или в флуоресценции, кроме того энергия возбужденного состояния может передаваться соседней молекуле пигмента или расходоваться на фотохимические процессы.

Более 90 процентов хлорофилла хлоропластов входит в состав светособирающих комплексов — своеобразных антенн, переносящих энергию возбуждения к реакционным центрам первой и второй фотосистемы для последующего первичного разделения зарядов. В этих же фотосистемах сперва происходят окислительно-восстановительные превращения хлорофилла, а затем — фиксация энергии света в химическую энергию. Окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются, отбирая электроны у воды, далее в ходе нескольких химических реакций образуются кислород и свободные электроны и протоны (H). Кислород удаляется во внешнюю среду, а протоны приводя к тому, что мембрана тилакоида с одной стороны заряжается положительно за счет H+, с другой стороны — отрицательно за счет электронов. Далее процесс продолжается и завершается уже в без участия солнечного света синтезом органики из фиксированного из атмосферы углекислого газа.

Инженеры с завистью смотрят на зеленые листья и думают, как бы им подключиться к этому мембранному конденсатору. Ведь фотосистемы растительных пигментов используют солнечную энергию с очень большой эффективностью (если считать в поглощенных фотонах на вырабатываемый электрон). Некоторые даже утверждают, что нашли путь к хакингу фотосинтеза и уводу электронов прямо из-под носа у реакционных центров.

Биотехнический симбиоз

К счастью, растения помогают добыть электричество и другими способами, которые гораздо проще поддаются перепрофилированию в сторону удовлетворения потребностей цивилизации. В последние годы популярным направлением развития «зеленых» гальванических элементов стали так называемые топливные ячейки «бактерия + растение» (plant-microbial fuel cells, PMFCs). В отличие от батареек на картошке, такой тип растительных источников энергии, теоретически, является самообновляемым: все, что ему нужно для функционирования и генерации, — это солнечный свет, углекислый газ, вода и подходящие растения.

Прообразом подобной концепции был некоторый гальванический контейнер, в котором под воздействием бактерий в осадочном грунте (например, в иле на дне водоемов) расщеплялась содержащаяся в нем органика (Microbial fuel cells, MFCs). Такой осадочный реактор в комплекте с электродами играет роль анода, катод при этом погружен в воду. Как и в стандартной «батарейке», положительные ионы движутся от анода к катоду, замыкая цепь.

Биофотогальваника

Вышеописанную систему удалось усовершенствовать, пересадив в илистый реактор водные растения, — именно этот апгрейд позволяет инженерам надеяться на самовоспроизводимость источника питания. Растения, поглощая солнечную энергию и углекислый газ, в процессе фотосинтеза генерируют органические вещества, часть из которых попадает в почву. Симбиотические бактерии, живущие вблизи корней, расщепляют эту органику, выделяя электроны в качестве побочного продукта. Эти электроны могут быть захвачены анодом.

Эффективность биофотогальванических систем зависит от многих факторов. Это и количество выделяемой в почву органики, и доступность этой органики для микроорганизмов, и эффективность «сбора» электронов фотогальванической системой. Первые два фактора практически недоступны для улучшения — в лучшем случае человек может подобрать растения, выделяющие органику с более длинными углеродными цепями или с более «удобной» для микроорганизмов корневой системой. Поэтому наиболее перспективный пункт — повышение эффективности захвата электронов.

Источник