Energia elektryczna przesyłana bezprzewodowo? Wydaje się to pomysłem rodem z filmów s.f., ale tak naprawdę wielu z nas ma już potrzebną do tego aparaturę – w łazience. Prawie każda elektryczna szczoteczka do zębów ładuje się w bezprzewodowy i bezdotykowy sposób. W łazience jest mokro, szczoteczka bywa wilgotna, więc zastosowanie w niej zwykłej wtyczki prowadziłoby co i rusz do elektrycznych spięć. Dlatego inżynierowie musieli wymyślić coś innego.

W stojaku na szczoteczkę został ukryty mały zwój przewodu. Stojak podłączony jest do gniazdka. Kiedy przez zwój przepływa prąd, powstaje pole magnetyczne, które rozpościera się we wszystkich kierunkach. Podobny zwój przewodu jest w szczoteczce. Gdy pole magnetyczne dociera do niego, wprawia w ruch elektrony w zwoju – zaczyna przez niego płynąć prąd. Ten prąd ładuje akumulator szczoteczki, choć między nim a siecią elektryczną nie ma bezpośredniego kontaktu. To zjawisko nosi nazwę indukcji magnetycznej.

Pomysł, trzeba przyznać, wspaniały – dlaczego więc nie wykorzystać go do zasilania innych urządzeń w domu? Cóż, jest pewna przeszkoda: indukcja magnetyczna przekazuje energię tylko na bardzo małe odległości. Tę przeszkodę można przezwyciężyć. Udało się to inżynierom z Massachusetts Institute of Technology (MIT), a natchnęła ich – muzyka.

JAK GITARA I PIANINO


Każdy, kto grał kiedyś na gitarze, trąbce lub choćby butelce po piwie, zna zjawisko rezonansu. Jeżeli uderzymy w pianinie klawisz A, to struna A w gitarze po drugiej stronie pokoju zacznie wibrować. Jeżeli wejdziemy do pomieszczenia, w którym stoją szklanki wypełnione w różnym stopniu wodą i zaśpiewamy jeden konkretny dźwięk, to jedna ze szklanek nam odpowie, a pozostałe będą milczeć.

To właśnie jest rezonans. Każdy przedmiot łatwiej wibruje w charakterystycznych dla siebie częstotliwościach, a w innych trudniej. Możemy więc na odległość wprawiać przedmioty w drżenie, jeżeli wiemy, na jaką częstotliwość są one podatne. Wystarczy wyemitować odpowiednią falę akustyczną.

Naukowcy z MIT zadali sobie pytanie: skoro tak łatwo jest wywołać rezonans falami akustycznymi, to czy podobny fenomen nie dałby się sprowokować falami elektromagnetycznymi? Okazało się to możliwe.

POKÓJ PEŁEN PRĄDU


Naukowcy z MIT ogłosili, że udała im się rzecz niezwykła: przesłali bezprzewodowo na odległość dwóch metrów energię potrzebną, by zasilić 60-watową żarowkę. Aby tego dokonać, wykorzystali zwój miedzianego przewodu. Na obu jego końcach znajdowały się kondensatory. Podłączony do źródła zasilania emitował pole magnetyczne, oscylujące z częstotliwością mierzoną w megahercach. Drugi podobny zwój, specjalnie podatny na tę częstotliwość, odbierał wysłaną energię.

Naukowcy z MIT twierdzą, że już obecne stadium rozwoju tej technologii pozwala schować odpowiedni zwój miedziany w laptopie, dzięki czemu komputer działać będzie bez baterii w obrębie sporego pokoju, w którym znajduje się zwój-nadajnik. Pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem może stać dowolny sprzęt elektroniczny, meble, mogą chodzić ludzie, a i tak nie przeszkodzi to w przepływie energii. Co więcej: jeden zwój-nadajnik mógłby obsługiwać kilka zwojów-odbiorników, o ile wszystkie rezonowałyby w tej samej częstotliwości.

Marin Soljacić, który kierował badaniami naukowców z MIT, uważa, że tak naprawdę podstawy teoretyczne bezprzewodowego przesyłania energii istniały już sto lat temu, ale dopiero teraz potrzeba takiego wynalazku stała się rzeczywiście paląca. Żyjemy dziś w świecie elektronicznych urządzeń przenośnych: telefonów komórkowych, laptopów. Trzeba je przynajmniej raz na kilka dni ładować. A gdyby umieścić w mieszkaniu miedziany zwój-nadajnik, a w laptopie i komórce zwoje-odbiorniki, wtedy urządzenia będą zasilały się same, kiedy tylko wrócimy z nimi do domu. Nie trzeba będzie pamiętać o ładowaniu, nie trzeba będzie szukać właściwej ładowarki. Przy okazji zwój-nadajnik zapewniać będzie funkcjonowanie wszelkim innym urządzeniom w mieszkaniu: telewizorowi, odkurzaczowi, sprzętowi audio – całemu sprzętowi określanemu jako RTV i AGD. Spod ścian znikną gromadzące kurz kable, skończy się przypadkowe wyłączanie nie tej wtyczki, co trzeba, a dziurki w gniazdkach elektrycznych przestaną nareszcie kusić dzieci do wetknięcia w nie palców.

LASER I MIKROFALE

 


Opisany wyżej system opracowany przez inżynierów z MIT służy do przesyłania energii na niewielkie odległości: kilku do kilkunastu metrów. Ale istnieją też przykłady bezprzewodowego zasilania na większe dystanse – np. za pomocą lasera.

W 2003 roku Amerykańska Agencja Kosmiczna (NASA) ogłosiła, że udało się jej stworzyć zasilany promieniem lasera samolot. Była to malutka maszyna, ważyła ok. 300 gramów. Wyposażona była w baterię świetlną: dopóki promień lasera padał na nią – leciała. Największą wadą takiego rozwiązania była konieczność zachowania wolnej przestrzeni pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem energii. Kiedy promień lasera został zasłonięty, przesył energii ustał.

Wady tej pozbawiony był inny zasilany na odległość samolot, kanadyjska maszyna o nazwie Sharp (Stationary High Altitude Relay Platform), wybudowana i testowana w latach 80. Poruszała się w sposób bardzo specyficzny: zataczała koła o średnicy dwóch kilometrów na wysokości 21 tys. metrów. Potrafiła tak latać całymi miesiącami. Energię dostarczał jej nadajnik mikrofal, który znajdował się na Ziemi. Ani chmury, ani żadne inne obiekty nie mogły przeszkodzić w transmisji energii, mikrofale i tak docierały do samolotu, o ile ten nie odlatywał za daleko i pozostawał w zasięgu nadajnika.

Samolot wyposażony był w specjalną antenę (nazywaną rekteną), która służy do wyłapywania mikrofal i zamieniania ich w prąd stały. Jest to wynalazek bardzo obiecujący. Wielu poważnych naukowców snuje plany ustanowienia międzypaństwowej sieci przesyłania energii właśnie za pomocą mikrofal i rekten. Twierdzą, że zamiast transportować ropę tankowcami, co jest kosztowne i groźne dla środowiska, w przyszłości będziemy raczej uzyskiwać energię z paliw kopalnych niedaleko miejsca ich wydobycia, a następnie przesyłać ją w najodleglejsze zakątki globu w formie mikrofal – za pośrednictwem satelity.

ENERGIA Z KSIĘŻYCA


Inne ciekawe plany dotyczą wysyłania na orbitę satelitów wyposażonych w gigantyczne baterie słoneczne lub obłożenia takimi bateriami Księżyca. Energia przesyłana byłaby na Ziemię jako mikrofale i wyłapywana przez olbrzymie rekteny o powierzchni wielu kilometrów kwadratowych. Naukowcy dokonali już nawet wstępnych wyliczeń, z których wynika, że mogłoby się to opłacać. Satelity na orbicie geostacjonarnej wyłapywałyby promienie słoneczne niemal non stop (a nie jak baterie słoneczne na Ziemi, tylko w dzień). Nie przeszkadzałyby im chmury ani atmosfera. Wedle wizji naukowców pracujących w ramach tzw. Millenium Project wysłane na orbitę olbrzymie baterie słoneczne uzyskiwałyby moc od stu megawatów do 10 gigawatow. Każdy satelita przekazywałby energię do kilku odbiorników na Ziemi. Rekteny przetwarzałyby odebrane mikrofale w prąd elektryczny z wydajnością co najmniej 85 proc. Odbiornik o powierzchni 1 km kwadratowego dawałby mniej więcej 30 megawatów mocy. Możliwa jest budowa takich odbiorników, które dzięki ażurowej konstrukcji byłyby odporne na działanie czynników atmosferycznych.

Największą wadą takiego sposobu pozyskiwania energii byłaby konieczność wysłania na orbitę lub na Księżyc wielkich paneli słonecznych i ciągłe usuwanie usterek spowodowanych przez meteory. Kolejny problem to działanie mikrofal na przelatujące nad rektenami ptaki (temperatura nad odbiornikiem byłaby trochę wyższa, choć nie na tyle, żeby zwierzę upiec) – ale ludzkość rzadko w swoich poczynaniach kieruje się dobrem ptaków, więc można przypuszczać, że i w tym przypadku nie byłoby inaczej.