如何從日常生活中回收能量？_風聞

行走、説話等這些日常小動作都能釋放能量。為了使之不被白白浪費，研究人員研發出五種巧妙的能源收集與利用裝置。

行道、水管、手機和火車站的共同點是什麼？

答案：它們都是能量之源。

曾有媒體報道過利用人行道和住宅水管發電的新聞。為了尋找新能源，研究人員跳出尋常思維，萌生從日常生活中回收能量的奇想。

比如，人行走時可以產生50至100瓦的電流，與其白白浪費，何不加以利用呢？

如今，有關回收利用生活中能量的研究已經取得了若干成果。這類能量以熱量、聲波、振動或移位的形式傳遞，通過實用的巧妙裝置，就能為其他設備提供電能。

追求回收效益

在這股潮流中，名為“能量回收”的項目組獨佔鰲頭。

它成立於十幾年前，由分佈在全球各地的幾家研究實驗室組成。起初，項目組的目標是回收日常生活中的能量，供居民住宅或工廠中的自主傳感器運行所需。設想的藍圖很美，但在實際中成本高效率低，使得最初嘗試舉步維艱。

能源回收主要基於兩個物理原理，即熱電（熱電材料將熱能轉化為電能）和壓電（壓電材料承受機械力後產生電流）。

法國原子能與替代能源署研究員弗雷德裏克·加亞爾（Frédéric Gaillard）回憶説：“當時的技術很不成熟，沒有收益。”

直到兩年前金屬間化合物、方鈷礦等新熱電材料面世，才使得熱電設備能承受更高的温度，能量轉換效率提高。在工業領域，壓電技術的發展使得壓電材料的可控性提高，性能得到優化，價格下降。這些有力地促進了項目組研究工作的進展。

當然，能量回收裝置尚無法與傳統或替代發電裝置相提並論。弗雷德裏克·加亞爾總結道：“要知道，一個熱電元件的發電效率只有5W/m^2〜10W/m^2，而一塊光電板的發電效率可達130W/m^2。”

不過，能量回收研究的目標並不在此。美國弗吉尼亞大學機械工程系阿爾珀·埃蒂爾克（Alper Ertruk）解釋説：“研究的目的之一，是有朝一日能夠向低功率的小電子元件供電，如漫遊裝置或醫用傳感器。”弗雷德裏克·加亞爾又説：“在山谷或者發展中國家鋪設傳統電網費用過高的偏僻地區，回收的能量還能用於為小型分散型電力系統供電。而在電力高峯期，甚至可以用作補充能源。”

總之，電能儲蓄不分多少！

從行走中回收能量

人在行走時會向地面施加一個力。那麼，能否通過地磚回收這種能量並將其轉化為電能呢？2000年，全球有幾位科學家萌生此念，8年後這種裝置出現在荷蘭鹿特丹一家迪斯科舞廳。

這家“可持續”舞廳由荷蘭埃因霍温大學和代爾夫特大學設計，舞廳鋪設的64塊地磚下裝有彈簧，可帶動發電機運轉，將地面上的運動轉化為電能。每塊地磚能產生20瓦電（每個舞步可產生6瓦），可以部分解決舞廳內的照明問題。

2010年，法國圖盧茲市委託法國國立高等電工技術學院在市內鋪設一段發電人行道。人行道由20塊路板組成，有人走過時會下陷5毫米，這一變化導致路板下的磁鐵移位，從而產生電能，為50瓦的LED路燈供電。目前，這條用於示範的發電人行道正在鋪設中。

從人體釋放的熱量中回收能量

37.5℃的人體有如將周圍一切加熱的小型流動散熱器，其釋放的熱量可以轉化為50至100瓦功率的電能。據此，瑞典Jerhusen公司在2007年決定回收人體熱量，用於一幢13層建築的供暖。

一個人釋放的熱量，顯然不能滿足建築物供暖的需要。不過，在距離建築物200米開外的斯德哥爾摩火車站，每天有20萬個乘客進進出出，所以不愁熱量的來源，問題是如何將火車站裏收集到的人體熱量輸送到需要供暖的建築物。

研究人員靈機一動：在火車站安裝採集人體熱量的通風系統，通過熱交換器將水管系統裏的水加熱，然後通過地下管道將熱水一直輸送到附近的建築物，由建築物的相應裝置釋放出可觀的熱量。全部設備已安裝完畢。

工程負責人卡爾·松德霍爾姆（Karl Sundholm）表示:“這個裝置將能滿足建築物30%的供暖需要。”受此啓發，巴黎家居和巴黎大眾運輸公司正在研究採集地鐵2號線通道人羣熱量向巴黎市內一幢建築物供暖的技術可行性。

從水管中回收能量

利用流水發電的夢想已經通過水電站成為現實。不過，將這個系統運用於水管發電，既要有創意，還要把它付諸實施。法國工程師約瑟夫-安託萬·保利（Joseph-Antoine Paoli）迎難而上，研製出名為“水力”的水管發電機。其原理是在水管內插入一隻微型葉輪，通過它根據需要調節水流的壓力及流量。水流帶動葉輪，由此產生的機械力驅動電動機。

在發電機輸出端，電流被回收，隨後通過電網輸送。由於這項發明，這位工程師贏得了上一屆法國國際發明展大獎。他解釋説：“無論水流的流向如何，水管發電機都能調節水流。直徑為100毫米的水管，回收的電能平均達到7千瓦時。”

第一台樣機已經在法國尼姆市運行。唯一的不足之處是環繞水管的發電機過於龐大，達1.30米x1米。發明者正在研究如何縮小其體積，使之能夠安裝在各種供水管網中。

從聲音回收能量

用日常生活中的聲音發電？藉助於壓電技術，這個不同尋常的設想正在變為現實。2010年，兩位韓國科研人員打算利用聲音所產生的振動，使壓電材料移動併產生電力。由於振動過小，傳統的壓電材料石英根本不起反應，兩人為此面臨巨大挑戰。

不過，他們成功研製出了鈀基超靈敏片，上面纏有氧化鋅納米線。在100分貝（相當於搖滾樂音樂會的音量）的聲波敲擊鈀片時，後者會產生振動，使納米線移動，產生5納瓦電。當然，電功率十分有限，但研究人員希望將來通過手機用户對話或者利用馬路上噪聲，來為手機供電。

回收發動機的熱量

將工業設備熱量轉化為電能，是幾家公司運用熱電原理完成的傑作。2008年，德國寶馬汽車公司（BMW）研製出一種碲化鉍基熱電材料，能夠將汽車排氣管排放出的300℃〜900℃氣體熱量轉化為電能。一輛時速為130公里的汽車，其發動機釋放的熱功率為200瓦。

2010年底，美國普渡大學研究人員取得新進展，他們直接利用來自汽車發動機的1000℃熱量，為車載電子裝置提供電能。其奧秘在於使用了鎳和鐵的混合物——方鈷礦類熱電材料製成的微型熱電集成電路片。

研究人員認為，使用這種元件能使目前汽車耗油量降低5%，未來還會達到10%。面對如此誘人的前景，美國阿爾法能源公司等企業已經研發出能將高爐、天然氣放空燃燒煙囱等所有工業設備的熱量轉化為電能的材料，其轉化電能最大可達到20兆瓦。

撰文 Muriel Valin

編譯 李曉樺