Человек как источник энергии

С увеличением мирового населения и развитием экономики уровень потребления электроэнергии непрерывно растет. В среднем каждые 15 лет количество потребляемой в мире энергии удваивается. По мере увеличения спроса, а также в связи с беспокойством по поводу влияния на экологию необходимость в альтернативных возобновляемых источниках энергии становится все более явной.

Пожалуй, наибольший интерес в качестве возможной альтернативы представляют исследования человеческого организма как генератора различных видов энергии.

Актуальность такого подхода обусловлена рядом факторов.

Во-первых, экологичностью. Используются только тепловая энергия или кинетическая энергия движения, производимые человеком в повседневных условиях.

Во-вторых, экономия времени и ресурсов на хранение и передачу энергии для полезного применения.

Человек-электростанция

Первое научное исследование о способности живых организмов вырабатывать тепло появилось еще в VIII веке. В 1791 году итальянский ученый Луиджи Гальвани публикует результаты своей 25-летней работы под названием "Трактаты о силе электричества при мышечном движении". В трактате подтверждалось, что электричество присутствует в живом организме, а нервы служат своеобразными "электропроводами". 

В XX веке ученым удалось доказать, что тело человека — "живая электростанция", которая в результате непрерывных химических реакций вырабатывает электроэнергию. И получила развитие отдельная наука электрофизиология.

Известны и своего рода "энергомощности" человека. Так, при одном вдохе вырабатывается один ватт, а спокойным шагом можно питать лампочку в 60 ватт и даже телефон. Во время отдыха человек генерирует около 100 ватт. А самая большая выработка энергии достигается при занятиях спортом — до 2000 ватт, например, при спринте.

К настоящему времени уже разработаны различные технологии аккумулирования тепла человеческого тела и устройства подзарядки от человека, которые условно можно разделить на устройства сбора энергии целой группы людей и гаджеты для индивидуального использования.

Пассивное тепло

В Европе и Северной Америке уже вовсю используются энергоэффективные дома, где тепло, выделяемое людьми и бытовыми приборами, расходуется на обогрев самого здания. Делается это за счет теплоизоляции, отсутствия внешней вентиляции в его конструкции и путем установки аппарата рекуперации тепла для его переноса в систему теплоснабжения. Таким образом жильцам удается добиться экономии на отоплении до 90%.

Во Франции пассивный способ отопления здания позволяет снабжать "живым" теплом 17 квартир. Для этого агентство социального жилья Paris Habitat использует тепло тел пассажиров метро, проходящего под зданием. Теплый воздух транспортируется по трубам в теплообменники, которые отапливают само здание.

Успешный эксперимент был проведен в главном здании центрального железнодорожного вокзала Стокгольма, которое оснащено специальными теплообменниками. Устройства собирают тепло, выделяемое посетителями вокзала, и передают его на обогрев воды для отопления соседнего 13-этажного здания площадью 28 тысяч квадратных метров. По примерным оценкам, система позволяет экономить до 25% энергии, расходуемой на отопление здания.

Энергия масс

Еще одна перспективная технология — сбор энергии потока людей. Японская East Japan Railway Company решила использовать группы посетителей в качестве перспективного генератора. Турникеты с пьезоэлементами разместили на станции в токийском метро, где каждый день проходят сотни тысяч человек. Подходя к турникету, посетители наступают на пьезоэлементы, вмонтированные в пол, и таким образом передают энергию от давления своего тела.

В Нидерландах установлены двери-генераторы при входе в торговый центр Natuurcafe La Port. Здесь работает эффект толчка. Одно такое устройство производит до 4600 кВт/час в год.

Самые же оживленные потоки людей встречаются на главных улицах крупных городов мира, где пешеходы в среднем совершают 50 тысяч шагов в день. Британский инженер Лоуренс Кемболл-Кук придумал, как это использовать при помощи тротуарной плитки. Специально разработанная плитка из гибкого материала немного прогибается при нажатии. Так удается задействовать кинетическую энергию человека, которая преобразуется в электричество. Оно направляется на освещение улиц, автобусных остановок и витрин. Инновационный продукт уже был опробован на Олимпиаде в Лондоне в 2012 году, когда за две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии.

Энергия спорта

Инженеры, работающие над методами преобразования энергии движения людей, очевидно, не могли пройти мимо физкультуры и спорта. Одним из первых проектов в этой области стали велотренажеры Sport Art, играющие роль трансформатора. Они оснащены преобразователем энергии, позволяющим генерировать ток с напряжением в 120 вольт и подавать его сразу в энергосеть. За один цикл тренировки на таком тренажере удается получить от 400 до 800 ватт энергии. Это позволит зарядить кофемашину, пару телевизоров и ноутбуков. Устройство даже имеет мобильное приложение, которое подсчитывает количество произведенной энергии.

Есть и более технологичные изобретения, например футбольный мяч Socceket, трансформирующий в электричество кинетическую энергию удара. В момент удара образуемая энергия передается на механизм, подобный маятнику, который приводит в движение генератор. Генератор, в свою очередь, производит и аккумулирует электроэнергию. Мяч имеет выходную мощность в шесть ватт, достаточную для питания настольной лампы со светодиодом или другого небольшого устройства.

Человек-батарейка

Мечта почти всех пользователей карманных гаджетов — идешь по улице, а твой смартфон подзаряжается без всяких дополнительных аккумуляторов. Реализовать подобную идею в полной мере пока не удалось, но ученые постепенно движутся в этом направлении.

Корейские ученые разработали гибкий генератор размером 10 на 10 сантиметров, способный подзаряжать фитнес-браслеты. Энергия вырабатывается за счет разницы температуры человеческого тела и окружающей среды. Генератор производит до 40 милливатт энергии.

Похожую технологию представил швейцарский производитель "умных" часов Sequent. Часы работают за счет взмахов руки при ходьбе. И это не "самоподводка" механизма. Вместо пружины там установлен генератор, преобразующий колебания груза в электричество.

Исследователи университета Вандербильта изобрели элемент, позволяющий производить электрические токи любым движением человека. Устройство имеет небольшие размеры и может размещаться прямо на одежде. Его новизна в том, что собирается энергия даже самых незначительных движений, то есть на частотах до 0,01 Гц, и генерируется она непрерывно.

Именно эта технология имеет наибольшие перспективы дорасти до того, чтобы на ходу подзаряжать ваш смартфон. Но, помимо зарядки гаджетов, ученые видят и более неординарные возможности: например, одежда со встроенными полосками и особой жидкостью, которая позволит менять цвета и рисунки с помощью смартфона.

Уже есть и универсальные разработки. К примеру, пьезоэлектрическая пленка, которую можно использовать для аккумулирования энергии при печатании на клавиатуре. Или при ходьбе, если такую пленку разместить на одежде.