ร่างกายของคุณคือแบตเตอรี่พลังงานสะอาดใหม่หรือไม่?ไฮโลออนไลน์ โดย MARLENE CIMONS | เผยแพร่เมื่อ 10 ต.ค. 2018 16:00 น
สิ่งแวดล้อม
แบ่งปัน
คนเดินริมน้ำ
การเคลื่อนไหวของร่างกายเช่นการเดินสามารถสร้างพลังได้ในอนาคตอันใกล้นี้ Pexels
ลองนึกภาพร่างกายของคุณเป็นแบตเตอรี่ของมนุษย์ เมื่อคุณเดินหรือวิ่ง หรือทำอะไรที่ช้ากว่านั้น เช่น พิมพ์ คุณจะสร้างพลังงานที่ช่วยให้สมาร์ทโฟน สมาร์ทวอทช์ เซ็นเซอร์ทางการแพทย์ หรืออุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำอื่นๆ ของคุณทำงานต่อไป ยิ่งคุณเคลื่อนที่เร็วเท่าไหร่ คุณก็ยิ่งผลิตไฟฟ้าได้มากเท่านั้น ฟังดูไกลตัว? อาจอยู่ใกล้กว่าที่คิด นวัตกรรมดังกล่าว ซึ่งนักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าจะเป็นจริงได้ภายใน 3 ปี มาจากอุปกรณ์ที่เรียกว่า Triboelectric nanogenerator หรือ TENG ซึ่งสามารถจับพลังงานจลน์จากการเคลื่อนไหวของมนุษย์ รวมทั้งจากแหล่งพลังงานอื่นๆ ที่ไม่ใช่ของมนุษย์ เช่น เช่น แรงลม คลื่น และแรงสั่นสะเทือนของเครื่องจักร TENG อาศัยการสัมผัสระหว่างวัสดุสองชนิดขึ้นไปเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า
เอฟเฟกต์ไทรโบอิเล็กทริกจากเครื่องกำเนิด Van de Graaff
เอฟเฟกต์ไทรโบอิเล็กทริกจากเครื่องกำเนิด Van de Graaff กระทรวงพลังงานสหรัฐ
“เราทุกคนต่างเคยประสบมาว่าบอลลูนที่ลูบผมของเราสามารถ [ติด] กับผนังหรือดึงดูดกระดาษชิ้นเล็กๆ ได้” อิศรา ธรรมเสนา
นักศึกษาปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยเซอร์เรย์
และหัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของโครงการกล่าว “เสื้อผ้าของเรามักจะเกาะติดกับผิวของเราในวันที่แห้ง เราทุกคนล้วนเคยประสบกับความกระจ่าง ทั้งหมดนี้เกิดจากผลกระทบของไทรโบอิเล็กทริกหรือการชาร์จแบบสถิต TENG ใช้เอฟเฟกต์ไทรโบอิเล็กทริกเพื่อเปลี่ยนการเคลื่อนไหว…เป็นกระแสไฟฟ้า”
ในการใช้งานจริง TENG เชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดการเคลื่อนไหว เช่น เครื่องสั่น เสื้อผ้า และการสัมผัส/ถูของชั้น TENG ส่งผลให้เกิดการชาร์จของพื้นผิวไทรโบอิเล็กทริก เขาอธิบาย เมื่อพื้นผิวไทรโบอิเล็กทริกที่มีประจุถูกย้ายโดยสัมพันธ์กัน – การสัมผัสและการแยกหรือเลื่อน – จะสร้างกระแส
“เห็นได้ชัดว่ากำลังขับขึ้นอยู่กับระดับกิจกรรม” ธรรมเสนากล่าว “ยิ่งคุณเคลื่อนไหวเร็วเท่าใด พลังที่สร้างขึ้นก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น เทคโนโลยีนี้สามารถทำงานกับการเคลื่อนไหวความถี่ต่ำได้ กล่าวคือ การเคลื่อนไหวช้าลง เช่น การเดิน การพิมพ์ การเคลื่อนไหวของแขน….[สิ่งเหล่านี้] ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวประจำวันโดยทั่วไปสำหรับคนทั่วไป”
กังหันลม
พลังงานลมเป็นพลังงานทดแทนที่สะอาดและทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลได้ Pexels
ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้สร้างแรงบันดาลใจให้กับการวิจัยจำนวนมากที่พยายามค้นหาวิธีการสร้างพลังงานที่สะอาดและนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างสร้างสรรค์ เป็นทางเลือกแทนก๊าซเรือนกระจกที่ปล่อยเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เพิ่มความเข้มข้นของภาวะโลกร้อน นักวิจัยของ Surrey เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งที่ทำงานเพื่อเป้าหมายในการใช้ร่างกายมนุษย์เป็นแหล่งพลังงาน การวิจัยที่คล้ายกับของ University of Surreyเช่น กำลังดำเนินการอยู่ที่ State University of New York ที่ Buffalo และ Institute of Semiconductors (IoP) ที่ Chinese Academy of Science (CAS) ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ กำลังทดลองกับกลางแจ้ง แบบพิเศษ ทางเท้าและพื้นในอาคารที่สามารถรวบรวมพลังงานและแปลงเป็นไฟฟ้าเมื่อมีคนเดินหรือวิ่งบนทางเท้า
“โลกต้องการแหล่งพลังงานรูปแบบใหม่ที่ราคาไม่แพงและยั่งยืนอย่างเร่งด่วน” ราวี ซิลวา ผู้อำนวยการสถาบันเทคโนโลยีขั้นสูง (ATI) ของมหาวิทยาลัยกล่าว “เต็งสามารถมีบทบาทสำคัญในการทำให้ความฝันนี้เป็นจริง TENGs ไม่เพียงแต่นำเสนอโอกาสที่ยอดเยี่ยมสำหรับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคเท่านั้น แต่ยังเป็นกลุ่มวัสดุที่น่าตื่นเต้นอย่างเหลือเชื่อที่สามารถใช้ได้ในทุกประเทศและในพื้นที่ห่างไกลที่กริดระดับประเทศไม่ขยายออกไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวิทยุ”
ธรรมเสนาเห็นด้วย “อนาคตของการผสมผสานพลังงานทั่วโลกจะขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานหมุนเวียน และ TENG ช่วยให้เราสามารถดักจับพลังงานจากสภาพแวดล้อมของเราได้” เขากล่าว “งานนี้กำหนดวิธีที่เราเข้าใจการเก็บเกี่ยวพลังงานและช่วยให้นักวิจัยทั่วโลกสามารถใช้ประโยชน์จากความสามารถที่แท้จริงของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านาโนไทรโบอิเล็กทริก ตอนนี้เราคาดหวังเทคโนโลยีนี้ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับใช้ในครัวเรือนและอุตสาหกรรม ซึ่งรองรับความต้องการพลังงานเคลื่อนที่และพลังงานอัตโนมัติรุ่นใหม่”
วิธีการทำงานของเอฟเฟกต์ไทรโบอิเล็กทริก
ชั้น Triboelectric สัมผัส (a) แยก (b) สร้างกระแส (c) และในที่สุดก็มารวมกันอีกครั้งเพื่อส่งกระแสไปในทิศทางตรงกันข้าม (d) วัสดุพลังงานขั้นสูง
นักวิทยาศาสตร์ของ Surrey ทั้งหมดจาก ATI ได้ตีพิมพ์คำแนะนำทีละขั้นตอนเกี่ยวกับวิธีการสร้าง TENGS ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด โดยมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงการออกแบบและกำลังขับ และสนับสนุนให้นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ สร้างมันขึ้นมา การศึกษาของพวกเขาปรากฏในวารสารAdvanced Energy Materials
“เถิงสามารถสร้างได้ง่ายมาก เพียงแค่นำแผ่นพลาสติกสองแผ่นมาประกบกัน แล้วเคลือบโลหะที่ด้านหลัง” ธรรมเสนากล่าว “การสัมผัสและการแยกตัวหรือการเลื่อนของแผ่นเหล่านี้ส่งผลให้พลาสติกถูกประจุแบบไตรโบอิเล็กทริก และการเคลื่อนที่ของพวกมันทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า สามารถรับกระแสไฟฟ้าได้โดยเชื่อมต่อสายไฟสองเส้นเข้ากับชั้นโลหะ สามารถออกแบบและพัฒนา TENG ประเภทต่างๆ ได้โดยใช้พลาสติก โลหะ ผ้า ฯลฯ พวกเขาสามารถทำด้วยผ้าเช่นผ้าฝ้ายหรือผ้าไหมซึ่งเป็นวัสดุไทรโบอิเล็กทริกที่ดี พวกเขายังสามารถทำในสีที่แตกต่างกันหรือโปร่งใสความหนาและรูปร่าง ดังนั้นจึงสามารถรวมเข้ากับเสื้อผ้าที่ให้คุณสมบัติสวมใส่ได้ดีเยี่ยมและสวมใส่สบาย”
TENG สามารถผลิตได้ในขนาดที่เล็กพอที่จะใส่ในสร้อยข้อมือหรือพื้นรองเท้า ในขณะที่ TENG ขนาดใหญ่สามารถออกแบบให้พอดีกับทางเท้าหรือพื้นสมาร์ท เขากล่าว “เราสามารถคลุมเครื่องจักรหรือบางส่วนของยานพาหนะที่มี TENG ได้” เขากล่าว “กลุ่มวิจัยบางกลุ่มได้แสดงความสามารถของ TENG ที่จะพัฒนาเพื่อเลียนแบบผิวหนัง — ผิวหนังเทียมหรือผิวหนังรอง — หรือ TENG ที่สามารถฝังเข้าไปในร่างกายของมนุษย์ [หรือ] ของสัตว์ได้”
TENG ที่ยืดหยุ่น
TENG ที่ยืดหยุ่น อิศรา ธรรมเสน
การประดิษฐ์นี้สามารถใช้ได้สองวิธี ไม่ว่าจะเป็นการรวมเข้ากับเสื้อผ้าที่ทำจากผ้าประเภทที่ทำหน้าที่เป็นหน่วยพลังงาน หรือติดเป็นโมดูลใกล้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เขากล่าว “ในทั้งสองกรณี TENG สามารถดึงพลังงานการเคลื่อนไหวจากการเดิน วิ่ง การเคลื่อนไหวของแขนและขา ฯลฯ และสามารถช่วยจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์” เขากล่าว
ปัจจุบันการเก็บเกี่ยวพลังงานต้องใช้เทคโนโลยีผสมผสานกัน “ในปัจจุบัน TENGs สามารถสร้างเอาต์พุตที่ไม่ต่อเนื่อง กล่าวคือ กำลัง/กระแสไม่ต่อเนื่อง และเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนไหว” เขากล่าว “ดังนั้นจึงจำเป็นต้องรวมเข้ากับตัวเก็บประจุ ฯลฯ เพื่อให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟที่มีประสิทธิภาพ”
อย่างไรก็ตาม เขากล่าวเสริมว่า “TENGs เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์ระยะไกล เช่น เซ็นเซอร์ไฟฟ้าที่วางอยู่นอกบ้าน ซึ่งสามารถทำงานได้โดยการจับลม และอุปกรณ์ที่ต้องการความคล่องตัวในระดับสูง เช่น อุปกรณ์ทางการแพทย์หรือความบันเทิงที่ติดอยู่กับ บุคคล. ตัวอย่างเช่น สามารถใช้ TENG เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ของโทรศัพท์มือถือของคุณ ทั้งหมดหรือบางส่วน ในระหว่างวัน โดยใช้การเคลื่อนไหวของร่างกาย หรือเพื่อใช้งานเซ็นเซอร์ที่สวมใส่ได้เพื่อให้ข้อมูลด้านสุขภาพ”
เขากล่าวว่าการประมาณการบางอย่างมีการใช้ TENG ที่มีราคาน้อยกว่า 3 เซนต์ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง “แม้ว่าต้นทุนจริงสำหรับอุปกรณ์เหล่านี้ยังคงต้องได้รับการประเมิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงการผลิตขนาดใหญ่” เขากล่าว “อย่างไรก็ตาม TENG สามารถทำด้วยวัสดุต้นทุนต่ำทั่วไป ด้วยวิธีการง่าย ๆ ดังนั้นจึงสามารถทำราคาถูกได้ ดังนั้นการขยายขนาด TENG จึงเป็นไปได้อย่างแน่นอนในอนาคตอันใกล้นี้”
Marlene Cimons เขียนให้Nexus Mediaซึ่งเป็นสื่อข่าวที่รวบรวมเกี่ยวกับสภาพอากาศ พลังงาน นโยบาย ศิลปะ และวัฒนธรรมไฮโลออนไลน์
