Jakiś czas temu naukowcy z University of Washington zaprezentowali pierwszy telefon komórkowy bez baterii, całkowicie zasilany energią wyłapywaną z otoczenia. Powstają również prototypowe gry elektroniczne, zabawki zasilane w ten sam sposób. Czy energy harvesting, czyli zbieranie niewielkich ilości rozmaitych rodzajów energii z otoczenia, ma szansę w przyszłości zasilić urządzenia mobilne: smartphony, tablety itp.? Wszystko wskazuje na to, że ta innowacyjna technologia daje nadzieję na uwolnienie się od baterii w przyszłości – oraz oszczędność energii elektrycznej.

Energia wokół nas do spożytkowania

W przyrodzie nic nie ginie. Materia krąży w środowisku, natomiast energia przepływa przez środowisko. Energię można zużyć, ale nie można jej zniszczyć. Na co dzień nie zdajemy sobie sprawy, ile niewykorzystanej energii jest wokół nas. Do „energii otoczenia” (tzw. ambient energy) zalicza się jej następujące rodzaje:

  • energia mechaniczna – kinetyczna i potencjalna: związana z ruchem, wibracjami i drganiami, naprężeniami, obciążeniem, przepływem powietrza (wiatr, drobne podmuchy, rekuperacja…)
  • energia termiczna – ciepło odpadowe wytwarzane przez pracujące urządzenia, ogrzewanie, piece, związana z siłami tarcia itp.
  • energia świetlna – pochodzi ze Słońca bądź z oświetlenia przez sztuczne źródła światła
  • energia elektromagnetyczna – związana z obecnością kabli, przewodów, cewek i transformatorów
  • energia naturalna – wiatru, wody, światła i ciepła słonecznego, prądów morskich
  • energia ludzkiego ciała – połączenie cieplnej oraz mechanicznej energii wytwarzanej przez żyjący organizm, oraz dodatkowo przez wykonywane przez niego aktywności (np. chodzenie, siedzenie, ćwiczenia fizyczne, sport)
  • inne rodzaje energii – ze źródeł chemicznych i biologicznych.

Są to niewielkie ilości energii. Dawniej uważane było, że są zbyt małe, by ich wychwytywanie dało jakikolwiek opłacalny pożytek i mogło przyczynić się do zasilania czegokolwiek. W dzisiejszych czasach jednak, w dobie wszechobecnych małych urządzeń elektronicznych, takie źródła energii są nadzieją na urządzenia nie wymagające ładowarek ani baterii. Zależnie od miejsca, w jakim się znajdujemy oraz jak szybko się poruszamy, ilości energii otoczenia mogą być różne, różnić się może też pochodzenie energii. Najczęściej pochodzi ona z wielu źródeł.

Technologia, dzięki której nic w przyrodzie nie ginie

Zamiast baterii, którą trzeba ładować co jakiś czas, można w urządzeniu mobilnym zastosować elementy służące do energy harvestingu. Takie systemy mają na celu efektywne wychwytywanie, konwersję i magazynowanie energii  z otoczenia. Obecnie, zaawansowany rozwój technologii zwiększył znacząco wydajność urządzeń wyłapujących śladowe ilości energii i konwertujących je na energię elektryczną. W dodatku, coraz bardziej zaawansowane mikroprocesory mają wpływ na większą efektywność energetyczną urządzeń elektronicznych. Połączenie obydwu tych czynników czyni z energy harvestingu coraz bardziej opłacalną i atrakcyjną możliwość zasilania telefonów oraz innych urządzeń mobilnych.

Energy harvesting nowym odnawialnym źródłem energii

Poza zasilaniem drobnych urządzeń, ta innowacyjna technologia może być używana jako alternatywne źródło energii pełniące funkcję uzupełniającą. Może ona być suplementem dla głównych źródeł pozyskania energii, tym samym zwiększając niezawodność całego systemu i zapobiegając jej niedoborom. Wskazuje to na różnorodność zastosowań energy harvestingu oraz zróżnicowanie korzyści, jakie on przynosi.

Z punktu widzenia użytkownika urządzeń mobilnych łatwo zauważyć, że ich ładowanie w skali masowej przyczynia się do znacznego zużycia energii elektrycznej. Co prawda pojedyncze telefony bądź tablety nie zużywają jej dużych ilości, jednak zakładając, że posiada je wiele osób jest to pokaźna suma. Wielu z nas ma kilka urządzeń mobilnych (smartphone, mini konsola do gier, tablet, nawigacja samochodowa, przenośny odtwarzacz muzyki lub IPad, czytnik E-booków, cyfrowy aparat fotograficzny…). Skala wpływu tych urządzeń na ogólne zużycie energii wbrew pozorom może być spora. W tej sytuacji, energy harvesting może być szansą na funkcjonowanie drobnej elektroniki w sposób bardziej przyjazny środowisku.

Jak uwolnić się od baterii

Dla konsumentów ważniejsza niż troska o środowisko może być brak konieczności ładowania telefonu oraz związanych z tym niedogodności. Zasilanie urządzeń w ten sposób wykluczy również kłopotliwe sytuacje, gdy nawigacja bądź smartphone rozładuje się w najmniej pożądanym momencie.

System do energy harvestingu składa się z następujących elementów:

  • urządzenie do konwersji energii (np. element piezoelektryczny) które przetwarza energię otoczenia na prąd elektryczny
  • moduł „zbierania” energii, który wychwytuje, magazynuje i zarządza energią dla zasilania urządzenia
  • aplikacja umożliwiająca bezprzewodową kontrolę i monitoring urządzeń.

Kiedy fiction staje się science

Technologia, której opis brzmi niczym z dalekiej przyszłości, zaczyna być wprowadzana już dziś. Badania nad energy harvestingiem zaowocowały stworzeniem telefonu bez baterii oraz elektronicznych gier (np. smart puzzle) zasilanych w ten sposób. Prawidłowe działania prototypowych obiektów pozwala sądzić, że technologia będzie dalej rozwijana, aż do użytkowania na skalę komercyjną. Naukowcy pracujący nad telefonem bez baterii zauważają, że konwertowanie dźwięku na sygnał cyfrowy pochłania duże ilości energii, więc zastosowanie technologii analogowych dobrze współpracuje z energy harvestingiem. Równolegle prowadzone badania nad elektronicznymi zabawkami zasilanymi poprzez wychwytywanie energii z otoczenia daje nadzieję, że rewolucyjna technologia zostanie wkrótce wprowadzona w życie.

Brak baterii, mniej odpadów

Warto zauważyć, że baterie (akumulatorki litowo – jonowe) obecne w telefonach stają się kłopotliwym odpadem, gdy żywotność urządzenia dobiegnie końca. Energy harvesting jako alternatywa dla baterii nie tylko odciąży od zużycia energii związanych z ładowaniem baterii, ale też uchroni środowisko przed szkodliwymi odpadami, których recykling jest kosztowny.

Źródło: www.energyharvesting.net, phys.org, www.wired.com

Redakcja GLOBEnergia