Je tu energie v kymácejících se stromech

Představte si les stromů, kymácející se ve větru. Představte si, že tuto energii můžete zachytit a využít ji k dobrému - řekněme, aby se zabránilo smrtelnému zhroucení mostu.

To je to, co se Ryan Harne, výzkumný pracovník na Ohio State University, snaží dělat. Tak nějak. Postavil malé stroje, které napodobují konstrukční vlastnosti stromů, což umožňuje efektivnější zachycení energie a její přeměnu na elektřinu.

Na co je vhodný malý generátor stromů? Představte si toto: Na celém světě jsou budovy, mosty a letadla vybavena senzory pro měření vibrací, které signalizují, že se stavba zhoršuje a hrozí nebezpečí kolapsu.

„Ty se šíří po mnoha velkých stavebních katastrofách, jako jsou mosty, které se hroutí,“ říká Harne Inverzní.

Tyto senzory nevyužívají individuálně mnoho energie, ale jejich celková spotřeba je poměrně velká. Dnes se spoléhají hlavně na jednorázové baterie, které jsou nehospodárné a škodlivé pro životní prostředí.

„Žárovka byla taková, že, hele, zkusme a posiďte senzory pomocí vibrací, které skutečně sledují,“ říká Harne. Je to otázka, na které výzkumníci pracují už asi 25 let.

A tam přicházejí stromy. Stromy mají opravdu zajímavé konstrukční vlastnosti, které regulují, jak reagují na větrné podmínky.

Ukazuje se, že vykazují tento podivný fenomén zvaný vnitřní rezonance: Menší větve na vnějšku stromu ve větru rychle oscilují a tato energie se přenáší do větších větví a do kmene větších větví. Tímto způsobem se energie rozptýlí a strom vydrží silnější poryvy.

„Botanici mají jen několik opravdu dobrých důkazů, že stromy využívají opravdu pozoruhodného rozdělení svých frekvencí, na kterých kmitají, a to pomáhá konsolidovat energii pro účely tlumení,“ říká Harne.

Přemýšlel, jestli by mohl použít stejný princip k dalšímu cíli - zachycení energie. Postavil jednoduchou stromovou strukturu z oceli: šest palcový „kufr“ s jedním třípalcovým „větví“ připojeným pod úhlem 90 stupňů. Konstrukce byla opatřena pásem elektromagnetického materiálu, který slouží k přeměně vibrační energie na elektřinu.

Pak připojil svůj malý strom k zařízení, které ho otřáslo tam a zpět na vysoké frekvenci. Zpočátku se nezdá, že by toho bylo moc, i když byla registrována nějaká elektrická aktivita.

Když ale do systému vnikl nějaký „hluk“ - randomizace vibračního vzoru, který by mohl napodobovat poryv větru nebo zemětřesení - systém dosáhl bodu zlomu a vyšší kmitočtové kmity větve byly přeneseny do delšího období a větší kmitání amplitudy v kmeni stromu. Co je na tom úhledné, jak mnohem účinnější jsou tyto vibrace přeměněny na elektřinu - systém více než zdvojnásobil svůj napěťový výstup po spuštění interní rezonance.

Experiment dokazuje potenciál vibračních senzorů, které se napájejí. Ale Harne říká, že je těžké zvednout zájem z průmyslu ve světě, který je tak spojený s jednorázovou technologií.

„Kdy vidím, že přichází online? Pravděpodobně bychom potřebovali větší poptávku po soběstačnosti. Nejsem si jistý, že to je v naší společnosti tak bohatě žádané, “říká.

Harne není jediný, kdo se snaží komercializovat energetický potenciál vibrací. Jedna společnost navrhla větrné elektrárny, které oscilují místo spřádání, jako způsob snižování hluku a poškozování volně žijících živočichů. Energie oceánských vln, která by mohla potenciálně generovat obrovské množství elektřiny, funguje na stejných principech.