Piezoelektrična energija: izkoriščanje človeškega gibanja za ustvarjanje električne energije

The piezoelektrične plošče sta inovativna tehnologija, ki omogoča pretvarjajo korake, skoke in druge gibe človeškega telesa v električno energijo. Ustvarjena energija izhaja iz mehanskega pritiska na piezoelektrični material, ki ima sposobnost ustvarjanja električnega toka, ko je izpostavljen deformaciji ali trenju.

Najbolj radoveden in pogosto citiran primer je primer Trajnostni nočni klub v Londonu, kjer energija, ki nastane zaradi gibanja udeležencev, napaja del svetlobnih in drugih električnih sistemov. Tovrstne instalacije so se začele izvajati v urbanih okoljih z velikim prometom pešcev, kar izboljšuje energetsko učinkovitost in zmanjšuje ogljični odtis.

Kako deluje piezoelektrika?

Pojav piezoelektričnosti temelji na zmogljivost nekaterih materialov za ustvarjanje električnega toka ob mehanski deformaciji. Ko se piezoelektrični material, kot je kremen, raztegne ali stisne, se njegovi atomi prerazporedijo in ustvarijo električno potencialno razliko, ki jo je mogoče usmeriti in izkoristiti.

Ta postopek ima dve glavni uporabi:

• Neposredno ustvarjanje energije: Koraki ali koraki ljudi v okolju na primer ustvarjajo majhne električne tokove, ki se lahko uporabljajo za osvetljevanje ali napajanje majhnih naprav.
• Proizvodnja električnih signalov: Ta lastnost se tradicionalno uporablja v napravah, kot so vžigalniki ali vžigalniki, kjer se ob vsakem pritisku ustvari iskra.

Uporaba piezoelektrične energije

Piezoelektrika ima a široko paleto aplikacij ki jo postavljajo kot ključno tehnologijo za sodobna in pametna mesta, ki si prizadevajo optimizirati energetsko učinkovitost.

Nekatere njegove glavne uporabe so:

• V nadstropjih prometnih prostorov: Države, kot je Japonska, so začele nameščati piezoelektrične plošče na postaje podzemne železnice za pretvorbo kinetične energije milijonov uporabnikov v električno energijo.
• Pametne ceste: Izrael je začel s projekti za uporabo prehoda vozil po cestah kot vir energije. Z vsakim mimo vozečim avtomobilom se proizvede majhna količina električne energije, kar lahko zmanjša odvisnost od drugih virov energije v sistemih cestne razsvetljave.
• Prenosne naprave: Piezoelektrično energijo je mogoče uporabiti za napajanje biomedicinskih naprav ali nosljivih naprav, ki imajo koristi od človeškega gibanja, kot je srčni utrip ali vsakodnevno gibanje.
• Javna razsvetljava: Razviti so bili piezoelektrični pločniki, ki shranjujejo energijo, ki jo ustvarijo prehodi za pešce, za osvetlitev ulic in avenij ponoči.

Materiali, ki se uporabljajo v piezoelektriki

Glavna piezoelektrična materiala sta oba naravne in sintetične, kar omogoča njegovo razpoložljivost in učinkovitost v različnih aplikacijah. Ti materiali imajo skupno notranjo kristalno strukturo, ki nima središča simetrije.

Nekateri najpogosteje uporabljeni piezoelektrični materiali vključujejo:

• Quartz: Morda najbolj znan je ta kristal, ki lahko proizvaja elektriko, ko nanj deluje pritisk.
• Turmalin: Uporablja se v tlačnih senzorjih in drugih elektronskih aplikacijah zaradi svoje stabilnosti.
• Lončarstvo: Titanati, kot je svinčevo-cirkonat titanat (PZT), so zelo pogosti v industrijskih aplikacijah zaradi svojih zelo nastavljivih piezoelektričnih lastnosti.

Emblematski projekti in inovacije

Po vsem svetu obstaja več vodilnih projektov, ki piezoelektrično energijo popeljejo na nove meje. Eden najbolj opaznih je Projekt Movistar na stadionu Santiago Bernabéu v Madridu, kjer so pod tribune stadiona namestili piezoelektrične plošče za ustvarjanje električne energije iz gibanja navijačev. Ta energija je napajala ogromen LED-zaslon v bližnjem mestu, ki je prebivalcem omogočal spremljanje tekme v živo.

Še en zanimiv primer je Sistemi Pavegen, londonsko podjetje, ki je v različnih mestih namestilo piezoelektrične ploščice za uporabo energije, ki jo ustvarijo pešci, v trajnostne namene. Njihovi projekti kažejo ogromen potencial te tehnologije za izboljšanje trajnosti mest.

Izziv učinkovitosti v piezoelektriki

Eden glavnih izzivov, s katerimi se sooča ta vrsta tehnologije, je učinkovitost pri pretvorbi kinetične energije v električno. Količine proizvedene električne energije so razmeroma majhne v primerjavi z drugimi obnovljivimi viri energije, kot sta sonce ali veter. Vendar pa ga njegova vzdržljivost, enostavnost integracije z obstoječo infrastrukturo in možnost kombiniranja z drugimi čistimi energijami postavljajo kot dragoceno možnost za urbane projekte ali naprave, ki zahtevajo malo energije.

S scenarijem, kjer se stroški piezoelektričnih materialov znižujejo zaradi množične proizvodnje elektronskih komponent, prihodnost piezoelektrike je obetavna. Ker se učinkovitost in proizvodni stroški zmanjšujejo, se bo njegova uporaba v pametnih mestih še naprej povečevala.

Skratka, piezoelektrična energija Kaže se kot izvedljiva in trajnostna rešitev za izkoriščanje gibanja ljudi in vozil, zlasti v mestih in okoljih z velikim prometom. Čeprav še vedno obstajajo izzivi v smislu izboljšanja učinkovitosti, je zaradi velikega potenciala za dopolnjevanje drugih obnovljivih virov energije, njegove integracije v mestno infrastrukturo in njegove sposobnosti za proizvodnjo električne energije v gosto naseljenih prostorih privlačna možnost za prihodnost urbane energije.