Иногда, чтобы найти источник энергии, достаточно просто посмотреть под ноги. Рассказываем, как ученые из Новосибирска превратили движение грунтовых вод в основу для «земляной батарейки».
Энергия земли
В современной геологоразведке используют множество автономных приборов — от сейсмоприемников и магнитометров до скважинных датчиков. Они собирают данные о строении пород и процессах, которые происходят в глубине. Срок службы этих устройств зависит от запаса энергии. Ученые Новосибирского государственного технического университета НЭТИ предложили дополнительный источник питания для такой техники.
В основе разработки — электрокинетический эффект: когда вода движется через пористую породу, на границе жидкости и частиц грунта формируется двойной электрический слой. Часть ионов остается связанной с твердой поверхностью, а часть поток «продавливает» и уносит дальше по порам. Между разными участками грунта возникает разность потенциалов — положительный и отрицательный полюса, почти как в батарейке.
Нам нужны всего лишь два электрода, которые мы забиваем в землю, связываем их проводами, формируя замкнутую электрическую цепь, подключаем коммутатор — устройство для компенсации колебания нагрузки — и получаем работающий источник электроэнергии.
Евгений Порсев
Доктор технических наук, профессор кафедры электротехнических комплексов НГТУ НЭТИ
Капля за каплей, ватт за ваттом
Явление электрокинетики открыли в начале XIX века. Профессор Московского университета, физик Федор Рейсс заливал в U-образную трубку глину, перемешанную с водой, прикладывал внешний источник тока и наблюдал, как частички в жидкости начинали колебаться.
«В дальнейшем этот же метод активно использовали в 1950–1960-е годы в СССР при строительстве гидроэлектростанций. С помощью электрического поля «выгоняли» лишнюю жидкость из насыпных плотин, чтобы сделать их более прочными и водонепроницаемыми», — резюмирует Евгений Порсев.
Применяли это явление и в сельском хозяйстве: электрокинетика помогала отжимать сок из растений и перерабатывать биологические отходы. Во всех случаях электричество было инструментом: его использовали, чтобы заставить воду или другую жидкость двигаться. Новосибирские ученые посмотрели на эффект с другой стороны — и увидели в движении воды перспективный источник энергии.
Какая земля дает ток
Опытные образцы «земляных батареек» выдают мощность в несколько сотен ватт. Этого недостаточно для требовательных устройств (для понимания: мощность обыкновенного электрочайника варьируется от 500 до 3000 Вт), но энергии вполне хватит, чтобы запитать те же сейсмоприемники, магнитометры, скважинные датчики и другие геофизические приборы.
Эксперименты показали: для эффективной работы системы нужен определенный тип грунта. Лучше всего подходят суглинок и супесь: такие грунты хорошо пропускают воду между минеральными частицами. Чем устойчивее этот поток, тем стабильнее источник энергии.
Хотите узнать больше — спросите у ТЭКgpt.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».