Per quanto riguarda l'illuminazione elettrica tradizionale, non c'è molta varietà nell'alimentazione:proviene dalla rete. Quando premi un interruttore per accendere la luce della tua camera da letto, gli elettroni iniziano a spostarsi dalla presa a muro ai componenti metallici conduttivi della lampada. Gli elettroni fluiscono attraverso quei componenti per completare un circuito, provocando l'accensione di una lampadina (per i dettagli completi, vedere Come funzionano le lampadine).
Tuttavia, le fonti di alimentazione alternative sono in aumento e l'illuminazione non fa eccezione. Troverai lampade a energia eolica, come il lampione dell'azienda di design olandese Demakersvan, che ha una turbina in tela che genera elettricità in condizioni di vento. La Woods Solar Powered EZ-Tent utilizza pannelli solari montati sul tetto per alimentare stringhe di LED all'interno della tenda quando il sole tramonta. Philips combina le due fonti di alimentazione nel suo prototipo di lampione Light Blossom, che riceve elettricità dai pannelli solari quando c'è il sole e da una turbina eolica montata in alto quando non c'è. E non dimentichiamo la più antica fonte di energia in assoluto:il lavoro umano. Dispositivi come la torcia cinetica Dynamo generano luce quando l'utente spinge una leva.
Molti di noi hanno familiarità con l'energia eolica, solare e cinetica e cosa possono fare. Ma un dispositivo in mostra alla Milano Design Week dell'anno scorso ha attirato l'attenzione su una fonte di energia di cui non sentiamo spesso parlare:lo sporco.
In questo articolo scopriremo come funziona una lampada da terra ed esploreremo le sue applicazioni. In realtà è un modo abbastanza noto per generare elettricità, essendo stato dimostrato per la prima volta nel 1841. Oggi ci sono almeno due modi per creare elettricità usando il suolo:in uno, il suolo agisce fondamentalmente come mezzo per il flusso di elettroni; nell'altro, il suolo sta effettivamente creando gli elettroni.
Partiamo dalla Soil Lamp esposta a Milano. Il dispositivo utilizza lo sporco come parte del processo che troveresti al lavoro con una normale batteria vecchia.
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La designer di prodotti olandese Marieke Staps ha creato la cosiddetta Soil Lamp . E sebbene il design stesso sia nuovo, incorpora un concetto piuttosto vecchio, a volte indicato come "batteria terrestre".
Nel 1841, l'inventore Alexander Bain dimostrò la capacità del semplice vecchio sporco di generare elettricità. Ha posizionato due pezzi di metallo nel terreno - uno di rame, uno di zinco - a circa 1 metro di distanza l'uno dall'altro, con un circuito di cavi che li collegava. Il risultato è stata elettricità, del valore di circa 1 volt, abbastanza per alimentare l'orologio che ha collegato al circuito [fonte:EE].
Questa configurazione sporca è simile alla comune batteria a celle Daniel , che risale al 1830. La cella Daniell ha due parti:rame (il catodo) sospeso in una soluzione di solfato di rame e zinco (l'anodo) sospeso in una soluzione di solfato di zinco. Queste soluzioni sono elettroliti -- liquidi con ioni al loro interno. Gli elettroliti facilitano lo scambio di elettroni tra lo zinco e il rame, generando e quindi incanalando una corrente elettrica. Una batteria terrestre -- e una batteria per patate o una batteria per limone, se è per questo -- sta essenzialmente facendo la stessa cosa di una cella Daniell, anche se in modo meno efficiente. Invece di utilizzare solfati di zinco e rame come elettroliti, la batteria terrestre utilizza lo sporco.
Quando metti un elettrodo di rame e un elettrodo di zinco in un contenitore di fango (deve essere bagnato), i due metalli iniziano a reagire, perché lo zinco tende a perdere elettroni più facilmente del rame e perché lo sporco contiene ioni. Bagnare lo sporco lo trasforma in una vera "soluzione" elettrolitica. Così gli elettrodi iniziano a scambiare elettroni, proprio come in una batteria standard.
Se gli elettrodi si toccassero, creerebbero solo molto calore mentre reagiscono. Ma poiché sono separati dal suolo, gli elettroni liberi, per potersi muovere tra i metalli con carica disuguale, devono viaggiare attraverso il filo che collega i due metalli. Collega un LED a quel circuito completato e avrai una lampada da terra.
Il processo non continuerà per sempre:alla fine il terreno si decomporrà perché lo sporco si esaurisce delle sue qualità elettrolitiche. Tuttavia, la sostituzione del terreno riavvierebbe il processo.
Soil Lamp di Staps è un concetto di design -- non è sul mercato (anche se probabilmente potresti crearne uno tuo -- sostituisci semplicemente "patata" con "contenitore di fango" in un esperimento con una lampada da patate).
Un approccio molto più recente alla batteria terrestre utilizza il suolo come attore più attivo nella produzione di elettricità. Nel caso della cella a combustibile microbica, è quello che c'è nello sporco che conta.
Se hai un cumulo di compost nel tuo giardino, sai già che lo sporco è una sostanza attiva. O meglio, contiene molte attività:i microbi viventi nel suolo metabolizzano costantemente i nostri rifiuti in prodotti utili. In un cumulo di compost, quel prodotto è fertilizzante. Ma ci sono microbi che producono qualcosa di ancora più potente:il flusso di elettroni.
Specie batteriche come Shewanella oneidensis , Rhodoferax ferrireducens , e Geobacter sulfurreducens , che si trovano naturalmente nel suolo, non solo producono elettroni nel processo di scomposizione del loro cibo (i nostri rifiuti), ma possono anche trasferire quegli elettroni da un luogo all'altro.
Una startup chiamata Lebone Solutions ha escogitato un modo per sfruttare questa elettricità microbica per fornire illuminazione e ricaricare i cellulari nell'Africa rurale.
Batterie microbiche o celle a combustibile microbiche , sono in circolazione da un po' di tempo nei laboratori di ricerca, ma la loro potenza è così bassa che sono stati per lo più visti come qualcosa da esplorare per un uso futuro. Non potevano in alcun modo alimentare un'asciugatrice. Ma Lebone Solutions ha trovato un uso per le batterie microbiche:basta una piccola quantità di energia per accendere una luce o caricare un telefono cellulare.
Il dispositivo è semplice da creare. Consiste principalmente in un panno di grafite (l'anodo) posto sul fondo di un contenitore, ricoperto di terra e un pezzo di filo di pollo (il catodo). Un filo conduttivo collega l'anodo e il catodo per creare un circuito, con un LED collegato al circuito.
Poiché i microbi mangiano i rifiuti nel terreno, producono elettroni. Quegli elettroni vogliono fluire verso una carica più positiva, quindi viaggiano attraverso la rete di batteri, spostandosi dall'anodo di tessuto di grafite attraverso il filo conduttivo per arrivare al catodo di filo di pollo. Mentre questa corrente scorre attraverso il circuito, si accende un LED.
Lebone stima che una cella a combustibile di 1 metro quadrato (10,7 piedi quadrati) produrrebbe 1 watt, che potrebbe caricare un telefono cellulare; 53,8 (5 mq) potrebbero alimentare una lampada o un ventilatore [fonte:Grifantini].
Nel mondo sviluppato, una cella a combustibile microbica non sarebbe una fonte di energia efficiente. Ma nell'Africa rurale, dove non c'è una fonte di alimentazione di rete, questo tipo di configurazione potrebbe essere un gradito cambiamento dal camminare per diverse miglia per caricare un telefono. Lebone sta attualmente introducendo la pila a combustibile in diversi villaggi africani.
Per ulteriori informazioni sulle batterie terrestri, le celle a combustibile microbiche e argomenti correlati, consulta i link nella pagina successiva.
