Электроэнергия автомобильных пробок

Недавно власти штата Калифорния (США) одобрили пилотный проект, который позволит обеспечить всех калифорнийцев дешевой электроэнергией. Ее будут генерировать… автомобильные дороги. Точнее говоря, едущие по ним автомобили. А максимальную выработку безопасной для окружающей среды энергии обеспечат автомобильные пробки.

Фото: Фото: AP

Как говорят эксперты, движение транспортных средств можно использовать для того, чтобы запустить генераторы, производящие электричество путем использования вибрации от едущих автомобилей. По расчетам инженеров, десятикилометровый участок шоссе, с встроенными под покрытие специальными пьезоэлектрическими генераторами, способен производить до 44 MW возобновляемой электроэнергии, чего вполне хватит для питания 31 тысячи домов.

Интересно, что максимальная выработка энергии совпадает с часом пик, когда образуются пробки. Однако, по мнению разработчиков, именно они и способствуют тому, что генераторы начинают работать на полную мощность. Выходит, что какая-то польза от этого явления все-таки есть.

Надобно заметить, что идея дорожного покрытия, вырабатывающего электричество, достаточно старая. Суть ее состоит в том, что под асфальт на автобан или под рельсы на железной дороге на определенном расстоянии друг от друга устанавливаются генераторы, способные превращать энергию давления проезжающего транспорта в электроэнергию. Эти генераторы работают по пьезопринципу. Напомню, что под этим подразумевается способность устройства создавать электрическую поляризацию под действием механических напряжений и деформаций (растяжения, скручивания или сдавливания).

Простейший пьезогенератор работает так — под воздействием внешнего фактора находящийся внутри него ротор начинает вращаться, задевая пьезоэлемент. Он сделан из такого материала, который начинает деформироваться при подобном воздействии, то есть его кристаллическая решетка изменяется, высвобождая часть носителей электрического заряда — электронов или ионов. В результате на электродах, встроенных в пьезоэлемент, возникают электрические заряды противоположного знака, которые составляют разности потенциалов. А она, как известно, порождает электрический ток.

Фото: AP

В случае "дорожного" генератора тем самым внешним воздействием оказывается сила, с которой автомобиль давит на покрытие шоссе. По расчетам исследователей, наиболее эффективным является давление, создаваемое машиной, едущей со скоростью пять-десять километров в час. А ведь именно такая скорость присуща автомобилям, ползущим по пробкам. Тем не менее, разработчики уверяют, что и на свободной дороге генераторы смогут вырабатывать достаточное количество электроэнергии.

Первый эксперимент по подобному использованию автодороги был недавно осуществлен в Окленде (Новая Зеландия). Однако он окончился неудачей — поскольку принцип работы этой "электродороги" был механическим, без использования "умных" пьезоэлектрических элементов. Проезжая по этой дороге, автомобили просто давили на установленные под асфальтом плиты, которые, в свою очередь, оказывали давление на подземную систему водоснабжения. В результате этого вода поступала на турбины подземной гидроэлектростанции.

Недостатком этой системы являлось то, что она отнимала у проезжающих автомобилей кинетическую энергию (то есть, как бы тормозила их продвижение), а это, в свою очередь, вело к увеличению расхода бензина каждой конкретной машиной. Получается, что для выработки альтернативной энергии было затрачено много традиционного топлива.

Американские разработчики учли этот недостаток и решили, что его можно ликвидировать, поставив под покрытие пьезоэлектрические генераторы. Причем в качестве основного элемента в них предполагается использовать нановолокна из полимера поливинилиденфторида. В экспериментах было показано, что в устройствах с подобной "начинкой" эффективность преобразования энергии доходила до 21,8 процента! Для пьезогенераторов это очень высокий показатель — обычно такая эффективность не дотягивает и до десяти процентов.

Пока американцы планируют заставить свои автобаны производить энергию, израильские инженеры уже устанавливают на опытном участке близ станции Лод рельсы с вмонтированными в них пьезогенераторами. По утверждению разработчиков, прохождение по этому участку в час 10-20 поездов, с десятью вагонами каждый, позволит полностью обеспечить электричеством 150 жилых домов. Причем, по их расчетам, эффективность работы данных генераторов можно повысить, производя энергию в непосредственной близости от конечного потребителя, что позволяет достичь дополнительной экономии. Так что если строения, снабжаемые энергией непосредственно от железной дороги, находятся рядом с ней — ее может хватить более чем на 200 многоквартирных домов!

Читайте также: Батарейка из фруктов и змеемобиль

Некоторые проекты нового направления альтернативной пьезоэлектроэнергетики направлены на использование давления, создаваемого не только автотранспортом, но и ногами пешеходов. В японском метрополитене, например, уже несколько лет функционирует станция с пьезоэлектрическим полом, использующим давление ног пассажиров для выработки электроэнергии, достаточной для питания нескольких турникетов. По такому же принципу действует танцпол в одной из английских дискотек. Танцующие генерируют ток для нескольких дискотечных фонарей, наблюдая процесс генерации, так сказать, собственными глазами.

Итак, похоже, ученые не только нашли способ вырабатывать дешевую безопасную электроэнергию, но и наконец-то ответили на вопрос, что же делать с автомобильными пробками. Ничего не надо с ними делать. Пускай послужат людям, снабжая их необходимой электроэнергией. Может быть, после этого водители станут относиться к ним куда более спокойно?

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"