Sådan fungerer jordlamper

Hvad angår traditionel elektrisk belysning, er der ikke megen variation i strømforsyningen:Den kommer fra nettet. Når du drejer på en kontakt for at tænde lyset i dit soveværelse, begynder elektroner at bevæge sig fra stikkontakten ind i lampens ledende metalkomponenter. Elektroner strømmer gennem disse komponenter for at fuldende et kredsløb, hvilket får en pære til at lyse (for fuldstændige detaljer, se Hvordan pærer fungerer).

Alternative strømkilder er dog på vej frem, og belysning er ingen undtagelse. Du finder vinddrevne lamper, som gadelampen fra det hollandske designfirma Demakersvan, der har en sejldugsturbine, der genererer elektricitet under blæsende forhold. Woods Solar Powered EZ-Tent bruger tagmonterede solpaneler til at forsyne strenge af LED'er inde i teltet, når solen går ned. Philips kombinerer de to strømkilder i sin prototype Light Blossom-gadelampe, som får strøm fra solpaneler, når det er solskin, og fra en topmonteret vindmølle, når den ikke er det. Og lad os ikke glemme den ældste kraftkilde af alle:menneskeligt arbejde. Enheder som Dynamo kinetiske lommelygte genererer lys, når brugeren pumper et håndtag.

De fleste af os kender til vind, sol og kinetisk kraft, og hvad de kan. Men en enhed, der blev udstillet ved sidste års Milano Design Week, har henledt opmærksomheden på en energikilde, vi ikke ofte hører om:snavs.

I denne artikel finder vi ud af, hvordan en jordlampe fungerer og udforsker dens anvendelser. Det er faktisk en ret velkendt måde at generere elektricitet på, som først blev demonstreret i 1841. I dag er der mindst to måder at skabe elektricitet på ved hjælp af jord:I den ene fungerer jorden dybest set som et medium for elektronstrøm; i den anden skaber jorden faktisk elektronerne.

Lad os starte med Jordlampen, der vises i Milano. Enheden bruger snavs som en del af den proces, du finder på arbejdet i et almindeligt gammelt batteri.

1. Jord-batterilampe
2. Mikrobiel-batterilampe

Jord-batterilampe

Den hollandske produktdesigner Marieke Staps skabte den såkaldte Soil Lamp . Og selvom designet i sig selv er nyt, inkorporerer det et ret gammelt koncept, nogle gange omtalt som et "jordbatteri."

I 1841 demonstrerede opfinderen Alexander Bain evnen af ​​almindeligt gammelt snavs til at generere elektricitet. Han anbragte to stykker metal i jorden - en kobber, en zink - omkring 3,2 fod (1 meter) fra hinanden, med et ledningskredsløb, der forbinder dem. Resultatet var elektricitet, omkring 1 volt værd - nok til at drive uret, han tilsluttede kredsløbet [kilde:EE].

Denne snavs-opsætning ligner det almindelige Daniell-celle-batteri , som går tilbage til 1830'erne. Daniell-cellen har to dele:kobber (katoden) suspenderet i kobbersulfatopløsning og zink (anoden) suspenderet i zinksulfatopløsning. Disse opløsninger er elektrolytter - væsker med ioner i dem. Elektrolytter letter udvekslingen af ​​elektroner mellem zink og kobber, genererer og kanaliserer en elektrisk strøm. Et Jordbatteri -- og et kartoffelbatteri eller et citronbatteri for den sags skyld - gør i bund og grund det samme som en Daniell-celle, omend mindre effektivt. I stedet for at bruge zink- og kobbersulfater som elektrolytter, bruger jordbatteriet snavs.

Når du placerer en kobberelektrode og en zinkelektrode i en mudderbeholder (den skal være våd), begynder de to metaller at reagere, fordi zink har en tendens til at miste elektroner lettere end kobber, og fordi snavs indeholder ioner. Befugtning af snavs gør det til en ægte elektrolyt-"opløsning". Så elektroderne begynder at udveksle elektroner, ligesom i et standardbatteri.

Hvis elektroderne rørte ved hinanden, ville de bare skabe en masse varme, mens de reagerede. Men da de er adskilt af jord, skal de frie elektroner, for at bevæge sig mellem de ulige ladede metaller, rejse hen over ledningen, der forbinder de to metaller. Tilslut en LED til det færdige kredsløb, og du har fået dig en Soil Lamp.

Processen vil ikke fortsætte for evigt - til sidst vil jorden nedbrydes, fordi snavset bliver udtømt for dets elektrolytkvaliteter. Udskiftning af jorden ville dog genstarte processen.

Staps' Soil Lamp er et designkoncept -- den er ikke på markedet (selvom du sikkert kunne lave din egen -- bare udskift "kartoffel" med "beholder med mudder" i et kartoffel-lampe-eksperiment).

En meget nyere tilgang til jordbatteriet bruger jord som en mere aktiv spiller til at producere elektricitet. I tilfældet med den mikrobielle brændselscelle er det, hvad der er i snavset, der tæller.

Mikrobiel batterilampe

Hvis du har en kompostbunke i din have, ved du allerede, at snavs er et aktivt stof. Eller rettere sagt, det indeholder en masse aktivitet - levende mikrober i jorden omsætter konstant vores affald til nyttige produkter. I en kompostbunke er det produkt gødning. Men der er mikrober, der producerer noget endnu kraftigere:elektronstrøm.

Bakteriearter som Shewanella oneidensis , Rhodoferax ferrireducens , og Geobacter sulfurreducens , der findes naturligt i jord, producerer ikke kun elektroner i processen med at nedbryde deres mad (vores affald), men kan også overføre disse elektroner fra et sted til et andet.

En startup kaldet Lebone Solutions har fundet på en måde at udnytte denne mikrobielle elektricitet til at give belysning og mobiltelefonopladning i landdistrikterne i Afrika.

Mikrobielle batterier , eller mikrobielle brændselsceller , har eksisteret i forskningslaboratorier i nogen tid, men deres effekt er så lav, at de for det meste er blevet set som noget at udforske til fremtidig brug. De kunne på ingen måde drive en tørretumbler. Men Lebone Solutions har fundet en brug for de mikrobielle batterier:Det kræver kun en lille mængde strøm at køre et lys eller oplade en mobiltelefon.

Enheden er enkel at oprette. Den består primært af et grafitklæde (anoden) placeret i bunden af ​​en beholder, dækket af jord og en længde af hønsenet (katoden). En ledende ledning forbinder anoden og katoden for at skabe et kredsløb med en LED forbundet til kredsløbet.

Da mikroberne spiser affaldet i jorden, producerer de elektroner. Disse elektroner ønsker at strømme mod en mere positiv ladning, så de bevæger sig gennem bakterienetværket og bevæger sig fra grafitstofanoden gennem den ledende ledning for at komme til kyllingetrådskatoden. Når denne strøm løber gennem kredsløbet, lyser en LED.

Lebone vurderer, at en brændselscelle, der måler 10,7 kvadratfod (1 kvadratmeter) ville producere 1 watt, som kunne oplade en mobiltelefon; 53,8 (5 kvadratmeter) kunne drive en lampe eller en ventilator [kilde:Grifantini].

I den udviklede verden ville en mikrobiel brændselscelle ikke være en effektiv strømkilde. Men i landdistrikterne i Afrika, hvor der ikke er nogen netstrømkilde, kan denne type opsætning være en velkommen ændring fra at gå adskillige kilometer til at oplade en telefon. Lebone er i øjeblikket ved at introducere brændselscellen i flere afrikanske landsbyer.

For mere information om jordbatterier, mikrobielle brændselsceller og relaterede emner, se linkene på næste side.

Mange flere oplysninger

Relaterede HowStuffWorks-artikler

• Sådan virker frossen brændstof
• Sådan fungerer forgasning
• Sådan fungerer netenergilagring
• Hvad er øko-plastik?

Kilder

• Alviani, Carl. "Den fantastiske smudsdrevne lampe." Core77.http://www.core77.com/blog/technology/the_amazing_dirtpowered_lamp_11300.asp
• "Jords batteri." Økonomisk ekspert.http://www.economicexpert.com/a/Earth:battery.htm
• "Elektrokemiske celler." Hyperfysik. Georgia State University.http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/chemical/electrochem.html
• "Sådan laver du et kartoffelbatteri." Kidzworld.http://www.kidzworld.com/article/4726-how-potato-batteries-work
• Grifantini, Kristina. "Mikrober til elektricitet uden for nettet." MIT Technology Review. 4. september 2008.http://www.technologyreview.com/Biztech/21332/
• "Naturens batterier." AtBatt. 7. januar 2008.http://www.atbatt.com/blog/18.asp
• Sanger, Emily. "Bedre brændselsceller ved hjælp af bakterier." MIT Technology Review. 23. maj 2006.http://www.technologyreview.com/energy/16921/page1/
• "Jordlampe:Mudderdrevet LED-lys behøver kun vand." Marks teknologinyheder. 14. november 2008.http://www.markstechnologynews.com/2008/11/soil-lamp-mud-powered-led-light-only.html