När det gäller traditionell elektrisk belysning finns det inte så mycket variation i strömförsörjningen:den kommer från nätet. När du vrider på en strömbrytare för att tända ditt sovrumsbelysning börjar elektroner röra sig från vägguttaget in i lampans ledande metallkomponenter. Elektroner strömmar genom dessa komponenter för att slutföra en krets, vilket gör att en glödlampa tänds (för fullständig information, se Hur glödlampor fungerar).
Alternativa strömkällor är dock på frammarsch och belysning är inget undantag. Du hittar vinddrivna lampor, som gatlyktan från holländska designföretaget Demakersvan, som har en segelduksturbin som genererar el i blåsiga förhållanden. Woods Solar Powered EZ-Tent använder takmonterade solpaneler för att driva slingor av lysdioder inuti tältet när solen går ner. Philips kombinerar de två strömkällorna i sin prototyp Light Blossom streetlamp, som får elektricitet från solpaneler när det är soligt och från ett toppmonterat vindturbin när det inte är det. Och låt oss inte glömma den äldsta kraftkällan av alla:mänskligt arbete. Enheter som Dynamo kinetiska ficklampa genererar ljus när användaren pumpar en spak.
De flesta av oss är bekanta med vind, sol och kinetisk kraft och vad de kan göra. Men en enhet som visades vid förra årets designvecka i Milano har uppmärksammat en energikälla som vi inte ofta hör talas om:smuts.
I den här artikeln kommer vi att ta reda på hur en jordlampa fungerar och utforska dess tillämpningar. Det är faktiskt ett ganska välkänt sätt att generera elektricitet, som först demonstrerades 1841. Idag finns det minst två sätt att skapa elektricitet med hjälp av jord:I det ena fungerar jorden i grunden som ett medium för elektronflöde; i den andra skapar jorden faktiskt elektronerna.
Låt oss börja med jordlampan som visas i Milano. Enheten använder smuts som en del av processen du hittar på jobbet i ett vanligt gammalt batteri.
Innehåll
Den holländska produktdesignern Marieke Staps skapade den så kallade Soil Lamp . Och även om själva designen är ny, innehåller den ett ganska gammalt koncept, ibland kallat ett "jordbatteri."
År 1841 visade uppfinnaren Alexander Bain förmågan hos vanlig gammal smuts att generera elektricitet. Han placerade två metallbitar i marken - en koppar, en zink - cirka 3,2 fot (1 meter) från varandra, med en ledningskrets som förbinder dem. Resultatet blev elektricitet, ungefär 1 volt värt - tillräckligt för att driva klockan som han anslutit till kretsen [källa:EE].
Denna smutsinstallation liknar det vanliga Daniell-cellbatteriet , som går tillbaka till 1830-talet. Daniell-cellen har två delar:koppar (katoden) suspenderad i kopparsulfatlösning och zink (anoden) suspenderad i zinksulfatlösning. Dessa lösningar är elektrolyter - vätskor med joner i dem. Elektrolyter underlättar utbytet av elektroner mellan zink och koppar, genererar och sedan kanaliserar en elektrisk ström. Ett Earth-batteri - och ett potatisbatteri eller ett citronbatteri, för den delen - gör i princip samma sak som en Daniell-cell, om än mindre effektivt. Istället för att använda zink- och kopparsulfater som elektrolyter använder jordbatteriet smuts.
När du placerar en kopparelektrod och en zinkelektrod i en behållare med lera (den måste vara våt) börjar de två metallerna reagera, eftersom zink tenderar att förlora elektroner lättare än koppar och eftersom smuts innehåller joner. Att blöta smutsen förvandlar den till en sann elektrolytlösning. Så elektroderna börjar utbyta elektroner, precis som i ett vanligt batteri.
Om elektroderna rörde varandra skulle de bara skapa mycket värme medan de reagerar. Men eftersom de är åtskilda av jord måste de fria elektronerna, för att kunna röra sig mellan de ojämnt laddade metallerna, färdas över tråden som förbinder de två metallerna. Anslut en lysdiod till den färdiga kretsen så har du en jordlampa.
Processen kommer inte att fortsätta för evigt - så småningom kommer jorden att bryta ner eftersom smutsen blir utarmad på dess elektrolytkvaliteter. Att byta ut jorden skulle dock starta om processen.
Staps' Soil Lamp är ett designkoncept -- det finns inte på marknaden (även om du förmodligen kan skapa din egen -- bara byt ut "potatis" mot "behållare med lera" i ett potatislampa-experiment).
Ett mycket nyare synsätt på jordbatteriet använder jord som en mer aktiv aktör för att producera el. När det gäller den mikrobiella bränslecellen är det vad som finns i smutsen som räknas.
Om du har en komposthög på din trädgård vet du redan att smuts är ett aktivt ämne. Eller snarare, det innehåller mycket aktivitet - levande mikrober i marken metaboliserar hela tiden vårt avfall till användbara produkter. I en komposthög är den produkten gödningsmedel. Men det finns mikrober som producerar något ännu kraftfullare:elektronflöde.
Bakteriearter som Shewanella oneidensis , Rhodoferax ferrireducens , och Geobacter sulfurreducens , som finns naturligt i jord, producerar inte bara elektroner i processen att bryta ner deras mat (vårt avfall), utan kan också överföra dessa elektroner från en plats till en annan.
En startup som heter Lebone Solutions har kommit på ett sätt att utnyttja denna mikrobiella elektricitet för att tillhandahålla belysning och mobiltelefonladdning på landsbygden i Afrika.
Mikrobiella batterier , eller mikrobiella bränsleceller , har funnits i forskningslaboratorier under en tid, men deras effekt är så låg att de mest har setts som något att utforska för framtida användning. De kunde inte driva en torktumlare på något sätt. Men Lebone Solutions har hittat en användning för de mikrobiella batterierna:Det krävs bara en liten mängd ström för att driva en lampa eller ladda en mobiltelefon.
Enheten är enkel att skapa. Den består främst av en grafitduk (anoden) placerad i botten av en behållare, täckt med jord och en längd kycklingnät (katoden). En ledande tråd förbinder anoden och katoden för att skapa en krets, med en lysdiod ansluten till kretsen.
När mikroberna äter avfallet i jorden producerar de elektroner. Dessa elektroner vill strömma mot en mer positiv laddning, så de färdas genom bakterienätverket och rör sig från grafitduksanoden genom den ledande tråden för att komma till kycklingtrådskatoden. När denna ström flyter genom kretsen tänds en lysdiod.
Lebone uppskattar att en bränslecell som mäter 10,7 kvadratfot (1 kvadratmeter) skulle producera 1 watt, vilket skulle kunna ladda en mobiltelefon; 53,8 (5 kvadratmeter) skulle kunna driva en lampa eller en fläkt [källa:Grifantini].
I den utvecklade världen skulle en mikrobiell bränslecell inte vara en effektiv kraftkälla. Men på landsbygden i Afrika, där det inte finns någon elnätskälla, kan den här typen av installation vara en välkommen förändring från att gå flera mil för att ladda en telefon. Lebone introducerar just nu bränslecellen i flera afrikanska byar.
För mer information om jordbatterier, mikrobiella bränsleceller och relaterade ämnen, se länkarna på nästa sida.
