Деревообрабатывающее оборудование
и комплексный инжиниринг

Деревья - пожарники

В 59-м выпуске GE-News мы писали об открытии американских ученых, которое заключается в том, что деревья могут вырабатывать электричество. И вот интересная новость: ему нашлось практическое применение.

Только в США пожары ежегодно в среднем уничтожают 17 тысяч квадратных километров лесов (а это, между прочим,
0,18% территории страны). Уже стало традицией, что каждое лето горит американский штат Калифорния. А в 2002 году к нему присоединились Аризона, Калифорния, Колорадо и Орегон. (Ситуация в Европе и Сибири тоже грозит превратиться в традицию. — Ред.)

Именно поэтому в некоторых странах мира до сих пор существуют люди, главной задачей которых является выявление очагов начинающихся пожаров, а на предупреждение и борьбу с пожарами тратятся миллионы долларов ежегодно.

Упрощённая схема работы накопительной батареи единичного сенсора

Сегодня Федеральное лесное управление США (U.S. Forest Service) использует систему удалённых автоматических метеостанций. Но они в большинстве своём либо сложны и, как следствие, стоят больших денег, либо мало распространены.

В то же время дополнительные дешёвые сенсоры могли бы частично решить проблему. Они спасли бы деревья, своевременно снимая показатели с определённой территории вокруг себя и выдавая предупреждения о надвигающейся угрозе, гласит пресс-релиз Массачусетского технологического института (MIT).

Существует только одна проблема: всем им будут необходимы источники питания, а их замена/перезарядка требует много времени, денег и сил, особенно в труднопроходимых местах.

Американские исследователи придумали, как решить эту проблему, и взялись за создание батареек, которые бы никогда не разряжались.

Группа учёных, возглавляемая Шугуаном Чжаном (Shuguang Zhang), помощником директора Центра биоинженерии MIT
(Center for Biomedical Engineering), решила, что для этих целей вполне подойдёт электричество, которое могут вырабатывать
деревья.

Сенсоры, передающие с помощью беспроводных сетей данные о температуре и влажности вокруг себя, можно запитать от стандартных батарей, решили они. Батареи в свою очередь будут медленно подзаряжаться за счёт естественных природных процессов.

Были использованы одинаковые платиновые электроды, подсоединённые к
вольтметру. Солевой мостик использовался для замыкания цепи через почву-корни. Учёные считают, что в обычных условиях будет достаточно передавать сигнал около
четырёх раз в день, а в случае возникновения пожара — мгновенно.

Каждый сенсор будет отправлять свои показатели другому. Так, по цепочке, все данные попадут на уже существующую метеостанцию, которая пошлёт их на спутник. С него вся информация поступит в командный центр в Бойсе, Айдахо.

Конечно, одно дерево производит в единицу времени не слишком много энергии, но постепенно она будет накапливаться в достаточном размере, так же как ведро
воды набирается даже из медленно капающего крана.

Физическое явление, которое стоит за этим процессом, описать достаточно просто. Между ксилемой дерева и землёй, на которой оно растёт, существует разница потенциалов, она образуется из-за разных значений кислотности (pH) почвы и ствола.

В своих опытах с фикусом Бенджамина (Ficus benjamina) учёные не обнаружили зависимости напряжения от времени дня, освещения, тока сока, высоты положения электрода или ионного состава почвы. Наоборот, полярность и величина напряжения зависели от разницы в кислотности
между ксилемой и почвой, пишут авторы открытия в своей статье, вышедшей в журнале PLoS ONE.

Мершин отмечает, что накопительная батарея и соответствующие сенсоры уже
готовы. Все части системы легко установить даже неквалифицированный рабочий.
«Мы ожидаем, что достаточно будет снабдить сенсором всего лишь одно дерево на тысячу квадратных метров», — говорит он.

 Созданием беспроводных сетей занялась компания Voltree Power (Мершин и Лав являются её совладельцами).

На сайте компании присутствует следующее описание: «Наш конвертер энергии, интегрированный в блок питания
сенсора, не подвержен влиянию ветра, света, температурных изменений или какому-либо механическому воздействию. Своего рода паразит, он может жить на дереве и при этом не мешать ему развиваться и расти. Его срок службы ограничен лишь временем жизни деревахозяина. При этом работает он тихо и не нагревается».

Первые тесты разработки MIT начнутся весной 2009 года на участке земли площадью в 40 тысяч квадратных метров (его предоставило лесное управление США). Учёные планирует выяснить, как инимизировать потребление энергии сенсорами, изменяя конфигурацию системы.

Здесь показаны графики зависимости напряжения от времени:
видно, что уж через 30-40 минут наступает насыщение, а показатели очень близки по значению

На врезке вверху показаны процессы, происходящие внутри
ствола дерева: напряжение частично зависит от дзета-потенциала (разницы потенциалов, определяемой разницей
токов соков дерева у стенок и ближе к центру ствола)

Чжан и его команда мечтают о том, что со временем такая распределённая система сенсоров сможет передавать любые данные, необходимые учёным и властям.
Источник: membrana.ru

Список номеров