Elektryczność z roślin. Holenderska firma wykorzystuje energię elektryczną z żywych roślin, a następnie wykorzystuje ją do zasilania ładowarek do telefonów komórkowych, hotspotów Wi-Fi, a teraz ponad 300 lamp ulicznych LED w dwóch lokalizacjach w Holandii. Plant-e zadebiutował w swoim projekcie „Gwiaździste niebo” w listopadzie 2014 roku w starym składzie amunicji zwanym HAMbrug, niedaleko Amsterdamu, a elektrownia jest również wykorzystywana w pobliżu siedziby firmy w Wageningen.
Wielu badaczy szuka sposobów generowania energii elektrycznej z rozrzedzonego powietrza i ten pomysł jest podobny. Założyciele Plant-e spojrzeli na świat przyrody i zapytali, gdzie utracona energia może zostać wykorzystana przez ludzi. Znaleźli go w produkcie ubocznym fotosyntezy u roślin. Moduły elektrowni Plant-e mogą zapoczątkować kolejną rewolucję w dziedzinie czystej energii.
Pozyskiwanie energii z rosnących roślin przeszło długą drogę od czasu projektów Science Fair w gimnazjum, w których biorą udział zegary sterowane ziemniakami. Podejście Plant-e opiera się na tej samej zasadzie, ale jest radykalnie inne, ponieważ nie wymaga uszkadzania rośliny w celu wykorzystania jej energii. Nie tylko można wytwarzać energię elektryczną bez szkody dla elektrowni, ale w rzeczywistości jej ilość jest dość znaczna.
Powiązane: Stoły z mchu biofotowoltaicznego wytwarzają energię elektryczną poprzez fotosyntezę
W holenderskich projektach oświetlenia ulicznego proces wytwarzania energii elektrycznej przez Plant-e obejmuje rośliny rosnące w plastikowych pojemnikach o powierzchni dwóch stóp kwadratowych. Rośliny przechodzą fotosyntezę, niezbędną do przekształcenia energii słonecznej w cukry. W miarę wzrostu rośliny zawsze wytwarzają więcej cukrów, niż potrzebują, a ich nadmiar jest wyrzucany przez korzenie do otaczającej gleby i rozkładany na protony i elektrony. System Plant-e wykorzystuje elektrody w glebie w oczekiwaniu na rozkład tych odpadów roślinnych, przewodząc w ten sposób prąd.
Założyciele firmy mają nadzieję, że pewnego dnia ich technologia zostanie wykorzystana do zapewnienia energii w biednych rejonach świata, w których obfituje życie roślinne, na przykład na polach ryżowych lub w pobliżu terenów podmokłych. Jeśli uda im się wymyślić, jak to zrobić w opłacalny sposób, oznacza to, że ta nowa czysta energia może dostarczyć elektryczności ludziom, którzy jej nigdy nie mieli, co według obecnych szacunków stanowi prawie 25 procent światowej populacji.
Elektryczność z roślin. Jak rośliny mogą wytwarzać energię elektryczną do zasilania żarówek LED
Naukowcy odkryli, że żywe rośliny są dosłownie „zielonym” źródłem energii: za pomocą jednego liścia mogą wytwarzać więcej niż 150 woltów, co wystarcza do jednoczesnego zasilania 100 żarówek LED. Badacze wykazali również, że „drzewo hybrydowe” wykonane z naturalnych i sztucznych liści może działać jako innowacyjny „zielony” generator elektryczny przetwarzający wiatr w energię elektryczną.
Zrównoważone źródła energii, wolne od zanieczyszczeń i przyjazne dla środowiska, są jednym z kluczowych wyzwań dla przyszłego społeczeństwa na świecie. Interdyscyplinarny zespół robotów i biologów z IIT-Istituto Italiano di Tecnologia w Pontedera (Piza, Włochy) stwierdził, że żywe rośliny mogą wspomagać elektryczność. Fabian Meder, Barbara Mazzolai i ich współpracownicy z IIT odkryli, że żywe rośliny są dosłownie „zielonym” źródłem energii, które może stać się jednym z przyszłych źródeł energii elektrycznej, które doskonale integrują się ze środowiskiem naturalnym i są dostępne na całym świecie. Naukowcy odkryli, że rośliny mogą wytwarzać za pomocą jednego liścia napięcie powyżej 150 woltów, wystarczające do jednoczesnego zasilania 100 żarówek LED. Badacze wykazali również, że „drzewo hybrydowe”
Zespół badawczy ma siedzibę w Centrum Mikro-Bio Robotyki (CMBR) IIT w Pontedera (Piza, Włochy), koordynowanym przez Barbarę Mazzolai, a jego celem jest prowadzenie zaawansowanych badań oraz opracowywanie innowacyjnych metodologii, technologii robotycznych i nowych materiałów, zainspirowany światem przyrody. Podejścia inspirowane biologią mogą zatem pomóc w opracowaniu robotów i technologii, które są bardziej odpowiednie dla środowisk nieustrukturyzowanych niż dzisiejsze rozwiązania. W 2012 roku Barbara Mazzolai koordynowała finansowany przez UE projekt Plantoid, w ramach którego powstał pierwszy na świecie robot roślinny. W tym ostatnim badaniu zespół badawczy zbadał rośliny i wykazał, że liście mogą wytwarzać elektryczność, gdy są dotykane przez inny materiał lub wiatr.
Niektóre struktury liści są zdolne do przekształcania sił mechanicznych przyłożonych do powierzchni liścia w energię elektryczną, ze względu na specyficzny skład, który zapewnia większość liści roślin. Mówiąc dokładniej, liść jest w stanie gromadzić ładunki elektryczne na swojej powierzchni w wyniku procesu zwanego elektryfikacją kontaktową. Ładunki te są następnie natychmiast przekazywane do wewnętrznej tkanki roślinnej. Tkanka roślinna działa podobnie jak „kabel” i transportuje wytworzoną energię elektryczną do innych części rośliny. W związku z tym, po prostu podłączając „wtyczkę” do łodygi rośliny, wytworzoną energię elektryczną można zbierać i wykorzystywać do zasilania urządzeń elektronicznych. Naukowcy z IIT pokazują, że napięcie generowane przez jeden liść może sięgać ponad 150 woltów, co wystarczy do jednoczesnego zasilania 100 żarówek LED za każdym razem, gdy liść jest dotykany.
W artykule badacze dodatkowo opisują po raz pierwszy, w jaki sposób można wykorzystać ten efekt do zamiany wiatru w energię elektryczną przez rośliny. Dlatego naukowcy zmodyfikowali drzewo Nerum oleander sztucznymi liśćmi, które stykają się z naturalnymi liśćmi N. oleander. Kiedy wiatr wieje w roślinę i porusza liście, „drzewo hybrydowe” wytwarza energię elektryczną. Wytwarzana energia elektryczna rośnie, im więcej liści jest dotykanych. W związku z tym można go łatwo zwiększyć, wykorzystując całą powierzchnię liści drzewa, a nawet lasu.
Badanie jest pierwszym niezbędnym krokiem dla nowego projektu, który Barbara Mazzolai będzie koordynować w 2019 r., Finansowanego ze środków europejskich projektu Growbot, którego celem jest zbudowanie inspirowanych biologicznie robotów, które wykonują ruchy wzrostu podobne do roślin. Nowe roboty będą wtedy częściowo zasilane z nowego źródła energii pochodzenia roślinnego, co pokazuje, że zielone elektrownie mogą stać się jednym z przyszłych źródeł energii elektrycznej, dostępnym na całym świecie.
Elektryczność z roślin. Jak wytwarzać energię elektryczną z żywych roślin
Plant-e to jeden z pionierów technologii 2015 Światowego Forum Ekonomicznego . Firma opracowuje technologię, która wytwarza energię elektryczną z żywych roślin bez ich uszkadzania. Szczególnie nadaje się do wilgotnych obszarów, takich jak pola ryżowe, może zapewnić czystą energię odległym społecznościom. Nanda Schrama, dyrektor ds. Marketingu, omawia jej potencjał.
Jak możesz wytwarzać energię elektryczną z żywych roślin?
Mówiąc prościej, elektrony są produktem ubocznym bakterii żyjących wokół korzeni roślin – rośliny wydalają do gleby materię organiczną, która jest rozkładana przez bakterie. W procesie rozpadu uwalniane są elektrony. Można je zbierać za pomocą obojętnych elektrod i zamieniać je w energię elektryczną, bez żadnego wpływu na wzrost rośliny.
Chociaż zasada może wydawać się prosta, wyzwaniem jest oczywiście wytwarzanie użytecznych ilości energii elektrycznej w opłacalny sposób. Moi koledzy Marjolein Helder i David Strik pracowali nad rozwojem tej technologii na Uniwersytecie Wageningen w Holandii, w oparciu o pomysły docenta Berta Hamelersa. Plant-e jest wynikiem tych badań.
Jakie są obecne możliwości tej technologii?
Nasz pierwszy komercyjny produkt to system modułowy składający się z instalacji o powierzchni 100 metrów kwadratowych, z których każda zawiera 400 pojedynczych modułów wyposażonych w naszą technologię i instalacje. Od listopada ubiegłego roku pierwsze dwa z tych systemów działają w Holandii i oba zasilają oświetlenie zewnętrzne. Mogą być również używane do innych zastosowań na małą lub średnią skalę, takich jak WiFi lub ładowanie telefonów komórkowych, lub wbudowane w zielony dach w celu wytwarzania energii elektrycznej dla budynku, a także jego izolacji.
Istnieją ograniczenia co do tego, jak daleko można realistycznie zwiększyć skalę tego rodzaju systemu modułowego, dlatego opracowujemy również system rurowy – ambicją jest to, że będziemy w stanie generować duże ilości energii elektrycznej z obszarów podmokłych, takich jak torfowiska, namorzyny, pola ryżowe i delty. Mamy nadzieję, że wkrótce rozpoczniemy testy na dużą skalę, a za dwa lub trzy lata będziemy mieć produkt gotowy do sprzedaży.
Jak głęboko trzeba będzie zainstalować system rurowy? Czy wymagałoby to wykopania ziemi?
Nie ma potrzeby przekopywania powierzchni ani przeszkadzania roślinom, które już rosną, ponieważ możemy wykorzystać istniejącą technologię do nieinwazyjnego wykonania tuneli dla systemu rurowego. Jeśli chodzi o głębokość, elektrody muszą znajdować się w systemie korzeniowym roślin, aby zebrać elektrony, co oznacza od około pięciu do 30 centymetrów.
Oczekujemy, że optymalna głębokość stanie się jaśniejsza dzięki testom na dużą skalę, ponieważ poziom tlenu w glebie zmienia się wraz z głębokością i wpływa na to, jak dobrze działa system. Poziom tlenu jest również powodem, dla którego system będzie działał lepiej na terenach podmokłych, chociaż testy powiedzą nam więcej o tym, czy będzie działać tylko na terenach podmokłych, czy też możliwe będzie przyjrzenie się zastosowaniom w obszarach suchych.
Jak opłacalny jest teraz system? Czy możesz mieć nadzieję na konkurowanie ceną z innymi odnawialnymi źródłami energii?
Nie jesteśmy jeszcze w stanie konkurować cenowo z energią wiatrową i słoneczną, chociaż oczywiście taki jest nasz cel, ponieważ pracujemy nad zwiększeniem wydajności samej technologii. Osiągnięcie większej skali przyniesie duże oszczędności.
W laboratorium wytwarzamy obecnie około jednego wata na metr kwadratowy i uważamy, że można uzyskać do około trzech watów. Patrząc z perspektywy, przy mocy trzech watów na metr kwadratowy w zasadzie potrzeba około 125 metrów kwadratowych odpowiedniej ziemi do zasilania przeciętnego domu rodzinnego w Holandii.
Czy koszt jest głównie z góry, czy system będzie wymagał dużo konserwacji?
Większość kosztów jest rzeczywiście w instalacji. Po zainstalowaniu lamp pod ziemią nie widzimy powodu, dla którego nie miałyby one być zdolne do wytwarzania energii elektrycznej przez setki lat – wszelkie części, które mogą wymagać wymiany, będą znajdować się nad ziemią.
Jak sfinansowałeś pracę, którą wykonałeś do tej pory?
Dotarliśmy tak daleko, jeśli chodzi o dotacje i nagrody. Rozmawialiśmy z inwestorami, ale jeszcze nie znaleźliśmy odpowiedniego rozwiązania, ponieważ jesteśmy bardzo zaangażowani w rozwój technologii tam, gdzie naszym zdaniem może przynieść najwięcej korzyści na świecie – i przynajmniej w naszym przypadku jest to niekoniecznie najszybsza droga do zysku.
Decyzja o właściwej drodze do finansowania może być wyzwaniem dla firmy, która próbuje opracować radykalnie nową technologię z naciskiem społecznym. Uznanie, że jesteśmy pionierami technologii, jest mile widzianym potwierdzeniem tego, co próbujemy osiągnąć.
Myśląc o 10 czy 20 latach w przyszłość, jakie marzenie ma ta technologia?
Naszym marzeniem jest to, że wytwarzamy czystą energię elektryczną na całym świecie na dowolnym odpowiednim terenie podmokłym lub mokrym – w tym na polach ryżowych, namorzynach i słonych mokradłach, które prowadzą nas do najbardziej odległych i zubożałych części świata. Wierzymy, że to w tych społecznościach poza siecią technologia może mieć rzeczywisty wpływ na życie ludzi.
