W Nilu i okolicach żyje elektryczny sum ( Malapterurus electricus ).

1. Tadeusz Wibig W Nilu i okolicach żyje elektryczny sum (Malapterurus electricus). Osiąga długość 1,2 m i ciężar do 25 kg i wytwarza napięcie do 400 V. Katedra Modelowania Procesów Nauczania Uniwersytetu Łódzkiego; Narodowe Centrum Badań Jądrowych Skąd prąd czyli bardzo niekonwencjonalne źródła energii

2. W dobie energetycznego kryzysu i nieustającego wzrostu cen energii (elektrycznej), słyszy się coraz częściej o poszukiwaniu niekonwencjonalnych jej źródeł. Najlepiej jeśli są one odnawialne i ekologiczne, cokolwiek to znaczy, (choć często znaczy coś zupełnie innego niż nam się wydaje). Chcielibyśmy przedstawić kilka takich źródeł, ale w odróżnieniu od większości podobnych prezentacji chcemy być uczciwi i przedstawić wszystkie zasadnicze ich aspekty, od ekonomicznych i ekologicznych po moralne nawet. Wierzymy, że pełna wiedza pozwala każdemu na dokonywanie samodzielnych ocen i podejmowanie słusznych wyborów.

3. W Nilu i okolicach żyje elektryczny sum (Malapterurus electricus). Osiąga długość 1,2 m i ciężar do 25 kg i wytwarza napięcie do 400 V. więc może by tak na ryby?

4. Przewodnictwośrodowiska (wody) jest bardzo istotne dla ryb elektrycznych. Ryby słodkowowodne (przewodność 100 pS/cm), jak na przykład węgorz elektryczny z RPA, mają organy elektryczne zbudowane z równolegle połączonych ze sobą 70 kolumn, z których każda składa się z6000 elektrocytów. Ryba ta więc może wytworzyć napięcie 500 V. W środowiskumorskim (5000 μS/cm) ograniczenie naprzepływającyprąd powoduje, żenapięcianie mogąbyćtakduże. Na przykład raja ma 500 do 1000 kolumnpo 1000 elektrocytów w każdej, co pozwalajej wytworzyćnapięcie do 50 V (mierzone w powietrzu), co dajemocelektryczną około 1 kWw impulsie.

5. a może tak chomika? Ostatnio naukowcy amerykańscy opracowali całkiem nowy sposób zamiany energii mechanicznej na elektryczną. Podłączyli do ciała chomika niewielkie elementy piezoelektryczne i rejestrowali impulsy. Zauważyli, że nawet niebiegający chomik generuje prądy o natężeniach pA i napięciach mierzonych w mV. Tak podłączony chomik produkuje energię z mocą P = 210-15 W

6. Tradycyjny chomik kręcący kołowrotkiem może zostać podłączony do dynama i osiąga wtedy moc P = 20 mW (jeśli znudziło Ci się już patrzeć na kręcącego się chomika naciśnij ENTER)

7. coś większego? Jak ma się żywy koń do konia mechanicznego? Oba mają z grubsza taką samą moc.  740 W 1 koń  1 kM

8. a krowa gorsza? 1 krowa produkuje dziennie  250 litrów metanu (1/5 kg) CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O wartość opałowa metanu to 35 000 000 J/kg a zatem jedna krowa daje dziennie 7 000 000 J ma więc moc około 80 W dziesięć razy mniej niż koń. Ale daje mleko!

9. Jest tylko jeden drobny problem… jak taką krowę podłączyć do generatora? ?

10. Można też wytwarzać prąd tak, jak to czynili starożytni Grecy… … przez pocieranie bursztynu

11. Jeden człowiek może rozkręcić maszyną tak, aby iskry długości paru centymetrów przeskakiwały co ćwierć sekundy. Daje to moc około 1 W Jeden człowiek może kręcić kilkoma maszynami, ale musi odpoczywać, nie jest więc w stanie produkować (przez pocieranie) tyle prądu, ile chciałby zużywać.

12. Są jeszcze żaby… Żabie udka traktowane drucikiem żelaznym połączonym z miedzianym podrygiwały, co zauważył już dawno Luigi Galvani i co jest podstawą działania wszelkich bateryjek i akumulatorów.

13. Dwa metale (miedź – Cu i cynk – Zn) zanurzone w elektrolicie (żabie Galvaniego) powodują, że jeśli połączyć je drutem, w drucie tym zaczyna płynąć prąd. Każdy atom miedzi może oddać na ten cel dwa elektrony – taka już jest ta chemia! Doświadczenia pokazują, że bardzo dobrym i bardzo ekologicznym elektrolitem jest na przykład kiszony ogórek. Wtykanie blaszek miedzianych, czy jakichkolwiek w ogóle w żaby jest bardzo niehumanitarne! Zn  Zn++ + 2e- Cu  Cu++ + 2e- Tym bardziej, że napięcie ogniwa nie zależy od rodzaju elektrolitu. Bywa najczęściej równe około 1 V

14. Jednym z istotnych aspektów produkowania energii, jak już wspominaliśmy jest jej cena. Rachunki elektryczne płacimy za kilowatogodziny. Gdy dziesięć stuwatowych żarówek* pali się przez godzinę (albo jedna przez dziesięć godzin), to właśnie jest 1 kWh warta obecnie w przybliżeniu 30 groszy. Oszacujmy więc, ile może kosztować energia z bardzo niekonwencjonalnych źródeł. * zabronionych już przez UE, ale pamiętamy je jeszcze.

15. Na początek ryby (elektryczne): Jak już powiedzieliśmy, mogą one wytwarzać prąd z mocą 1 kW, ale działają „impulsowo”. Pojedynczy impuls trwa kilka milisekund Zatem potrzeba 1 000 ryb, aby produkować w sposób ciągły prąd z mocą 1 kW. Jeśli każda ryba może „odpalić” raz na minutę, bo musi odpoczywać przecież, to dla zapewnienia ciągłej dostawy mocy 1 kW potrzeba 60 000 ryb, Gdyby ryba potrzebowała pół godziny odpoczynku, potrzeba by ich było 2 000 000 karp świąteczny kosztuje ~10 PLN za kilogram Inwestycja w ryby musiałaby kosztować zatem 20 000 000 PLN (nie licząc opłaty za wodę, basen i ogólnie – infrastrukturę) Jeśli ryba pożyłaby rok, to 1kWh rybiej energii kosztowałaby 2 000 PLN

16. Teraz chomiki: Na 1 kW potrzeba 1 000 000 000 000 000 chomików z nanogeneratorami, albo 500 000 biegających na okrągło. jedzenie dla chomika kosztuje miesięcznie 10 PLN 1 kWh prądu z biegającego chomika kosztuje zatem 10 000 PLN o prądzie z nano-chomików nie ma co nawet wspominać. a konie: jeden koń je miesięcznie za jakieś 300 PLN, ponieważ pracować musi z przerwami, na 1 kW potrzeba jakieś 5 koni, co daje 1500 PLN, a zatem 1 kWh prądu z kieratu kosztuje 2 PLN Gdyby ktoś pytał o krowy, to prąd z nich kosztuje jakieś 10 razy więcej.

17. Baterie (z kiszonych ogórków): 1 kg miedzi zawiera 1025 atomów miedzi. Gdyby je wszystkie obedrzeć z dwóch elektronów, to pozostałby ładunek 3 000 000 C. Gdyby z tej miedzi zrobiona była bateria dająca napięcie 1 V, to możliwa do uzyskania energia byłaby równa 3 000 000 J, czyli około 1 kWh. Kilogram miedzi w skupie kosztuje 25 PLN (cynku, czy ołowiu zaledwie 5 PLN). Elektrolit (jeden ogórek kiszony na każde dwie elektrody o masie ~10 g) to jakieś 10 kg ogórków na kilogram miedzi, czyli w sumie też jakieś 25 PLN. a zatem cena 1 kWh z baterii z ogórka (bez innej infrastruktury) to 50 PLN.

18. A teraz porównajmy to z czymś nieco bardziej konwencjonalnym, jakże modnym i „ekologicznym” – z energią produkowaną z wiatru. Wiatr w Polsce wieje z prędkościami około 5 m/s (jeśli już wieje w ogóle).

19. Elektrownia wiatrowa o średnicy wiatraka 50 metrów (wieża siedemdziesięciometrowa 5 000 ton betonu!) może produkować energię w tempie 100 kW (przy wietrze 5 m/s) przy koszcie 1 sztuki 10 000 000 PLN i założeniu, że pokręci się 20 lat daje to cenę 1 kWh (bez kabli, konserwacji, infrastruktury) 50 groszy

20. a teraz popatrzmy na to całościowo: Kraj nasz zużywa ~130 TWh energii rocznie, powierzchnia Polski to ~300 000 km2, co daje na produkcję 1 kW z powierzchni każdych 2 hektarów.

21. 1 ryba zajmuje 20 cm x 100 cm = 0.2 m2 2 000 000 ryb to 400 000 m2czyli 40 hektarów. Czyli całą powierzchnię naszego kraju trzeba by pokryć akwariami dwadzieścia razy. Nie tak wyobrażał sobie Żeromski szklane domy – dwudziestopiętrowe. Jeden chomik zajmuje akwarium o powierzchni 0.2 m2 Pół miliona chomików to 100 000 m2. Czyli, jeśli ktoś nie lubi ryb, na całej powierzchni naszego kraju trzeba by zastawić akwariami z chomikami, ale już w pięciu tylko warstwach.

22. 1 koń zajmuje 10 m x 10 m = 1 ar 10 koni to 1/10 hektara Aby zasilać gospodarkę narodową przez rok, co jakieś pięćdziesiąt metrów musiałby mieszkać koń. Na reszcie powierzchni można by posiać owies i inne pasze. Powinno tego koniom wystarczyć. Ludzie i inne żyjątka powinni niestety chyba wyjechać. Jeśli chodzi o krowy, to potrzeba by ich 10 razy tyle. Co dwadzieścia metrów krowa. Ale ile mielibyśmy mleka!

23. Aby zaopatrzyć kraj w prąd, wystarczyłoby 150 000 takich dużych wiatraków To znaczy co kilometr wiatrak! Ale co tam!

24. Kwestia ekologiczna: 500 000 000 000 000 000 kg (martwych) ryb rocznie (chomików odpowiednio mniej, z 1000 razy mniej, ale… co z siankiem?), lub powiedzmy, że koń żyje 30 lat, rocznie zatem będziemy musieli coś zrobić z 300 000 000 kilogramami zwłok martwych koni, lub krowa żyje jakieś 20 lat, rocznie zatem mamy 5 000 000 000 kilogramów martwych krów, lub skąd wziąć co roku 10 000 000 nowych ludzi do kręcenia korbą (i co zrobić potem z taką ilością zwłok!), lub 300 000 000 000 kg produktów korozji galwanicznej miedzi/cynku/ołowiu i 3 000 000 000 000 kg (zepsutych) kiszonych ogórków, lub 50 000 000 ton konstrukcji betonowych. I tak będzie każdego roku!

25. Raz jeszcze kwestia ekonomiczna: Inwestycja w całość: 5 000 000 000 000 000 PLN (ryby) lub 1 000 000 000 000 000 PLN (chomiki) lub 1 000 000 000 000 PLN (konie) lub 10 000 000 000 000 PLN (krowy) lub 10 000 000 000 000 PLN (miedź i ogórki) lub 1 500 000 000 000 PLN (wiatraki) PKB 1 500 000 000 000 PLN

26. A jak to się robi w Bełchatowie? 1 kg węgla brunatnego kosztuje 10 groszy i ma wartość opałową 8 000 000 J. Jeśli spala się przez 2 godziny, daje moc 1 kW. Stąd cena 1 kWh to 5 groszy = 0.05 PLN Jak widać przez porównanie z ceną 1 kWh z gniazdka w ścianie, (0.5 PLN) koszta dodatkowe przewyższają dziesięciokrotnie wartość paliwa i to dotyczy wszystkich naszych wcześniejszych rachunków Aby zasilać gospodarkę narodową przez rok, należy spalić około 10 000 000 000 kg węgla za 1 000 000 000 PLN Gdyby nie było żadnych strat (!), węgiel z Bełchatowa (40 mln ton) zupełnie by nam wystarczył.