Η πιεζοηλεκτρική τεχνολογία αξιοποιεί την πίεση από τα βήματα για την παραγωγή ρεύματος, με εφαρμογές από αισθητήρες έως διαδραστικές εγκαταστάσεις
Τα βήματα εκατομμυρίων επιβατών θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν ως μια ανεκμετάλλευτη πηγή ενέργειας — εάν οι μηχανικοί καταφέρουν να βρουν έναν τρόπο να κάνουν τις καθημερινές συνήθειες των ανθρώπων οικονομικά αποδοτικές.
Για ένα-δυο χειμώνες τη δεκαετία του 2000, το δάπεδο στον Σταθμό του Τόκιο είχε και μια δεύτερη δουλειά.
Η East Japan Railway Company, ο φορέας εκμετάλλευσης που οι περισσότεροι γνωρίζουν ως JR East, τοποθέτησε πιεζοηλεκτρικά στοιχεία κάτω από τα πλακίδια στις πύλες εισιτηρίων και τα συνέδεσε μεταξύ τους για να διαπιστώσει πόση ηλεκτρική ενέργεια θα μπορούσε να παράγει ένα πλήθος επιβατών σε ώρα αιχμής απλώς πηγαίνοντας στη δουλειά του.
Το σχέδιο περιγράφεται σε δελτίο Τύπου της JR East του Ιανουαρίου 2008, η οποία ανέπτυξε από κοινού την τεχνολογία με τον Οργανισμό Ανάπτυξης Νέας Ενέργειας και Βιομηχανικής Τεχνολογίας και την JR East Consultants Company.
Τι κάνει ένα δάπεδο που παράγει ενέργεια
Πιέστε ορισμένα κεραμικά υλικά και παράγουν έναν παλμό τάσης. Αυτό είναι το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο, το ίδιο τέχνασμα που χρησιμοποιείται στον μηχανισμό ανάφλεξης μιας ψησταριάς υγραερίου, και λειτουργεί και αντίστροφα: διοχετεύστε τάση και το κεραμικό παραμορφώνεται.
Η JR East χρησιμοποίησε δίσκους διαμέτρου 35 mm, τα ίδια εξαρτήματα που βρίσκονται στο εσωτερικό των ηχείων, τοποθετημένους σε πυκνότητα περίπου 600 ανά τετραγωνικό μέτρο, όπως έχει καταγραφεί από το Japan for Sustainability.
Ένα ηχείο μετατρέπει ένα ηλεκτρικό σήμα σε δόνηση. Το δάπεδο έκανε την αντίστροφη διαδικασία, μετατρέποντας τα βήματα χιλιάδων καθημερινών επιβατών σε ρεύμα που διοχετευόταν σε μια συσκευή αποθήκευσης.
Ο δηλωμένος στόχος ήταν τελικά να καλύπτεται μέρος της κατανάλωσης των πυλών εισιτηρίων και των ηλεκτρονικών πινακίδων, όχι να λειτουργούν εξ ολοκλήρου από αυτό κατά τη διάρκεια της δοκιμής.
Αριθμοί από τις πύλες εισιτηρίων
Πόση ενέργεια παρήγαγε; Η πρώτη δοκιμή, στη βόρεια έξοδο Marunouchi, από τις 16 Οκτωβρίου έως τις 8 Δεκεμβρίου 2006, κάλυπτε έξι τετραγωνικά μέτρα στην περιοχή των πυλών και έφτασε σε μέγιστη παραγωγή 10.000 watt-second σε μία ημέρα.
Σε όρους οικιακής χρήσης, αυτό ισοδυναμεί με έναν λαμπτήρα 100 watt που λειτουργεί για 100 δευτερόλεπτα.
Η έκδοση του 2008 ήταν δεκαπέντε φορές μεγαλύτερη, καλύπτοντας 90 τετραγωνικά μέτρα στις πύλες, τον χώρο του σταθμού και τις σκάλες στη βόρεια έξοδο Yaesu, με στόχο 500 kilowatt-second την ημέρα, ή το ίδιο λαμπάκι να λειτουργεί για 80 λεπτά.
Κάθε επιβάτης που περνούσε από πάνω του υποτίθεται ότι θα συνεισέφερε περισσότερα από ένα watt-second.
Ακολούθησε μια τρίτη δοκιμή από τις 10 Δεκεμβρίου 2008 έως τις αρχές Φεβρουαρίου 2009, αυτή τη φορά στην έξοδο Yaesu Kita, όπως ανέφερε το κλαδικό μέσο Floor Daily.
Επτά πύλες εισιτηρίων και επτά σκαλοπάτια εξοπλίστηκαν με πιεζοηλεκτρικά στοιχεία σε έκταση περίπου 25 τετραγωνικών μέτρων, ενώ η ελαστική επιφάνεια της προηγούμενης δοκιμής αντικαταστάθηκε από τα πέτρινα πλακίδια που χρησιμοποιούνται και στο υπόλοιπο του σταθμού, μια αλλαγή που η JR East δήλωσε ότι είχε στόχο να βελτιώσει την «άνεση στο περπάτημα».
Ο στόχος αυξήθηκε ξανά, στα 1.400 kilowatt-second την ημέρα, ή σχεδόν τέσσερις ώρες λειτουργίας για το ίδιο λαμπάκι.
Η ανθεκτικότητα ήταν το δύσκολο σημείο
Κρυμμένη στο έγγραφο του 2008 βρίσκεται η λιγότερο κολακευτική λεπτομέρεια από την πρώτη δοκιμή.
Μέχρι την τρίτη εβδομάδα της δοκιμής του 2006, αφού είχαν περάσει από πάνω του περίπου 800.000 άνθρωποι, η παραγωγή άρχισε να μειώνεται επειδή το δάπεδο φθειρόταν.
Η ώρα αιχμής στο Τόκιο αποτελεί σκληρή δοκιμασία για τα υλικά και το εύθραυστο κεραμικό κάτω από ένα πλήθος που κινείται μαζικά δεν επρόκειτο ποτέ να είναι ένας εύκολος συνδυασμός.
Η JR East απάντησε με μηχανικές λύσεις: στηρίγματα για τα στοιχεία, προστατευτικό ελαστικό κάλυμμα, πυκνότερη τοποθέτηση και επανασχεδιασμένο κύκλωμα αποθήκευσης.
Πού κατέληξε η ενέργεια από τα βήματα
Η πιεζοηλεκτρική ενέργεια δεν ήταν ο μηχανισμός που τελικά χρησιμοποιήθηκε ευρύτερα εμπορικά. Η Pavegen, η βρετανική εταιρεία της οποίας τα πλακίδια εμφανίζονται σε εμπορικά κέντρα και αεροδρόμια, βασίζεται αντ' αυτού στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.
Ένα βήμα πιέζει το πλακίδιο προς τα κάτω κατά 10 mm, περιστρέφοντας μια γεννήτρια, και η ίδια η σελίδα της εταιρείας που εξηγεί τον τρόπο λειτουργίας αναφέρει απόδοση τριών έως πέντε watt-second ανά βήμα ενήλικα.
Οι εργαστηριακές έρευνες συνεχίζουν να βελτιώνουν τις επιδόσεις της πιεζοηλεκτρικής τεχνολογίας. Ένα πλακίδιο που δοκιμάστηκε σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Sensors and Actuators A παρήγαγε περίπου 80 volt σε συνθήκες ανοικτού κυκλώματος από ένα μόνο βήμα, με 35 milliwatt να αποδίδονται στο φορτίο με την καλύτερη προσαρμογή, ισχύ που οι συγγραφείς εκτίμησαν ότι ήταν αρκετή για να λειτουργήσει ένας ασύρματος αισθητήρας σε έναν πολυσύχναστο διάδρομο.
Πρόκειται για ένα πλακίδιο σε μία μελέτη και όχι για μια οριστική μέτρηση του τι μπορούν να αποδώσουν τα δάπεδα.
Τι προσθέτει ολόκληρο το πλήθος
Ο Σταθμός του Τόκιο εξυπηρέτησε 434.564 επιβιβαζόμενους επιβάτες την ημέρα κατά το οικονομικό έτος 2024, σύμφωνα με στοιχεία της JR East που μετέδωσε το Nippon.com, και ο αριθμός αυτός δεν περιλαμβάνει όσους αποβιβάζονται.
Καμία από τις πραγματικές δοκιμές δεν πραγματοποιήθηκε σε κλίμακα ή για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά ως μια πρόχειρη απεικόνιση: ακόμη και με τον στόχο του 2008 για ένα watt-second ανά επιβάτη, τόσοι άνθρωποι θα παρήγαγαν περίπου ένα δέκατο της κιλοβατώρας την ημέρα, με την εξωπραγματική υπόθεση ότι όλοι θα περνούσαν από το πλακόστρωτο τμήμα.
Αυτό δεν πρόκειται να κινήσει μια κυλιόμενη σκάλα, είναι όμως υπεραρκετό για μια πινακίδα που θα ενημερώνει τους ανθρώπους τι μόλις παρήγαγαν.
Κάπου εκεί έχει καταλήξει η ιδέα. Τα πλακίδια που παράγουν ενέργεια από τα βήματα πλέον «πουλάνε» την προσοχή εξίσου με την ηλεκτρική ενέργεια: μια ζωντανή ένδειξη, ένα φωτισμένο μονοπάτι, έναν διάδρομο σχολείου όπου τα παιδιά τρέχουν μπρος-πίσω για να βλέπουν έναν αριθμό να ανεβαίνει.
Οι επιβάτες στη βόρεια έξοδο Yaesu τροφοδοτούσαν μια επίδειξη και οι επιδείξεις αποδείχθηκε ότι είχαν τη δική τους αγορά.
www.worldenergynews.gr
