Wat traditionele elektrische verlichting betreft, is er niet veel variatie in stroomvoorziening:deze komt van het elektriciteitsnet. Wanneer u een schakelaar omdraait om uw slaapkamerverlichting in te schakelen, beginnen elektronen van het stopcontact in de geleidende metalen onderdelen van de lamp te bewegen. Elektronen stromen door die componenten om een ​​circuit te voltooien, waardoor een lamp oplicht (voor volledige details, zie Hoe gloeilampen werken).

Alternatieve stroombronnen zijn echter in opkomst en verlichting is geen uitzondering. Je vindt er windaangedreven lampen, zoals de straatlantaarn van het Nederlandse designbedrijf Demakersvan, die een zeildoekturbine heeft die elektriciteit opwekt bij winderige omstandigheden. De Woods Solar Powered EZ-Tent maakt gebruik van op het dak gemonteerde zonnepanelen om strings van LED's in de tent van stroom te voorzien wanneer de zon ondergaat. Philips combineert de twee stroombronnen in zijn prototype Light Blossom-straatlantaarn, die elektriciteit krijgt van zonnepanelen als het zonnig is en van een bovenop gemonteerde windturbine als dat niet het geval is. En laten we de oudste krachtbron van allemaal niet vergeten:menselijke arbeid. Apparaten zoals de Dynamo kinetische zaklamp genereren licht wanneer de gebruiker op een hendel drukt.

De meesten van ons zijn bekend met wind-, zonne- en kinetische energie en wat ze kunnen doen. Maar een apparaat dat vorig jaar op de Milan Design Week te zien was, heeft de aandacht gevestigd op een energiebron waar we niet vaak over horen:vuil.

In dit artikel zullen we ontdekken hoe een bodemlamp werkt en de toepassingen ervan verkennen. Het is eigenlijk een vrij bekende manier om elektriciteit op te wekken, die voor het eerst werd gedemonstreerd in 1841. Tegenwoordig zijn er minstens twee manieren om elektriciteit op te wekken met behulp van aarde:in de ene fungeert de grond in feite als een medium voor elektronenstroom; in de andere is de grond eigenlijk de elektronen aan het creëren.

Laten we beginnen met de Bodemlamp die in Milaan wordt getoond. Het apparaat gebruikt vuil als onderdeel van het proces dat je op het werk zou aantreffen in een gewone oude batterij.

1. Aarde-batterijlamp
2. Microbiële batterijlamp

Aarde-batterijlamp

Nederlands productontwerper Marieke Staps creëerde de zogenaamde Soil Lamp . En hoewel het ontwerp zelf nieuw is, bevat het een vrij oud concept, dat soms een 'aardebatterij' wordt genoemd.

In 1841 demonstreerde uitvinder Alexander Bain het vermogen van gewoon oud vuil om elektriciteit op te wekken. Hij plaatste twee stukken metaal in de grond - een koper, een zink - ongeveer 1 meter uit elkaar, met een draadcircuit dat ze verbond. Het resultaat was elektriciteit, ongeveer 1 volt waard - genoeg om de klok van stroom te voorzien die hij op het circuit had aangesloten [bron:EE].

Deze vuilopstelling is vergelijkbaar met de gewone Daniell-celbatterij , die dateert uit de jaren 1830. De Daniell-cel bestaat uit twee delen:koper (de kathode) gesuspendeerd in kopersulfaatoplossing en zink (de anode) gesuspendeerd in zinksulfaatoplossing. Deze oplossingen zijn elektrolyten - vloeistoffen met ionen erin. Elektrolyten vergemakkelijken de uitwisseling van elektronen tussen het zink en koper, waardoor een elektrische stroom wordt gegenereerd en vervolgens wordt geleid. Een Aarde batterij -- en een aardappelbatterij of een citroenbatterij trouwens -- doet in wezen hetzelfde als een Daniell-cel, zij het minder efficiënt. In plaats van zink- en kopersulfaten als elektrolyten te gebruiken, gebruikt de aardebatterij vuil.

Wanneer je een koperelektrode en een zinkelektrode in een bak met modder plaatst (het moet nat zijn), gaan de twee metalen reageren, omdat zink de neiging heeft om gemakkelijker elektronen te verliezen dan koper en omdat vuil ionen bevat. Door het vuil nat te maken, wordt het een echte elektrolyt "oplossing". Dus de elektroden beginnen elektronen uit te wisselen, net als in een standaard batterij.

Als de elektroden elkaar zouden raken, zouden ze gewoon veel warmte creëren terwijl ze reageren. Maar omdat ze gescheiden zijn door aarde, moeten de vrije elektronen, om tussen de ongelijk geladen metalen te bewegen, over de draad reizen die de twee metalen verbindt. Sluit een LED aan op dat voltooide circuit en je hebt een bodemlamp.

Het proces zal niet eeuwig doorgaan - uiteindelijk zal de grond afbreken omdat het vuil zijn elektrolytkwaliteiten verliest. Het vervangen van de grond zou het proces echter opnieuw starten.

De bodemlamp van Staps is een ontwerpconcept -- het is niet op de markt (hoewel je er waarschijnlijk zelf een zou kunnen maken -- vervang gewoon "aardappel" door "container met modder" in een aardappellampexperiment).

Een veel nieuwere benadering van de aardbatterij maakt gebruik van de bodem als een actievere speler bij het produceren van elektriciteit. In het geval van de microbiële brandstofcel is het wat er in het vuil zit dat telt.

Microbiële batterijlamp

Als je een composthoop in je tuin hebt, weet je al dat vuil een actieve stof is. Of liever gezegd, het bevat veel activiteit - levende microben in de bodem metaboliseren ons afval voortdurend tot bruikbare producten. In een composthoop is dat product kunstmest. Maar er zijn microben die iets nog krachtigers produceren:elektronenstroom.

Bacteriesoorten zoals Shewanella oneidensis , Rhodoferax ferrireducens , en Geobacter sulfurreducens , die van nature in de bodem voorkomt, produceert niet alleen elektronen tijdens het afbreken van hun voedsel (ons afval), maar kan die elektronen ook van de ene locatie naar de andere overbrengen.

Een startup genaamd Lebone Solutions heeft een manier bedacht om deze microbiële elektriciteit te benutten voor verlichting en het opladen van mobiele telefoons op het Afrikaanse platteland.

Microbiële batterijen , of microbiële brandstofcellen , bestaan ​​al een tijdje in onderzoekslaboratoria, maar hun vermogen is zo laag dat ze meestal worden gezien als iets om te verkennen voor toekomstig gebruik. Ze konden op geen enkele manier een wasdroger aandrijven. Maar Lebone Solutions heeft een toepassing gevonden voor de microbiële batterijen:er is maar een kleine hoeveelheid stroom nodig om een ​​lamp te laten branden of een mobiele telefoon op te laden.

Het apparaat is eenvoudig te maken. Het bestaat voornamelijk uit een grafietdoek (de anode) die op de bodem van een container is geplaatst, bedekt met aarde en een stuk kippengaas (de kathode). Een geleidende draad verbindt de anode en de kathode om een ​​circuit te creëren, met een LED aangesloten op het circuit.

Terwijl de microben het afval in de bodem opeten, produceren ze elektronen. Die elektronen willen naar een positievere lading stromen, dus reizen ze door het bacterienetwerk, van de anode van grafietdoek door de geleidende draad naar de kippengaaskathode. Terwijl deze stroom door het circuit vloeit, gaat een LED branden.

Lebone schat dat een brandstofcel van 10,7 vierkante voet (1 vierkante meter) 1 watt zou produceren, wat een mobiele telefoon zou kunnen opladen; 53,8 (5 vierkante meter) kan een lamp of een ventilator van stroom voorzien [bron:Grifantini].

In de ontwikkelde wereld zou een microbiële brandstofcel geen efficiënte energiebron zijn. Maar op het platteland van Afrika, waar geen stroombron is, kan dit soort opstelling een welkome afwisseling zijn van het lopen van enkele kilometers om een ​​telefoon op te laden. Lebone introduceert momenteel de brandstofcel in verschillende Afrikaanse dorpen.

Bekijk de links op de volgende pagina voor meer informatie over aardbatterijen, microbiële brandstofcellen en gerelateerde onderwerpen.

Veel meer informatie

Verwante HowStuffWorks-artikelen

• Hoe bevroren brandstof werkt
• Hoe vergassing werkt
• Hoe Grid Energy Storage werkt
• Wat zijn eco-plastics?

Bronnen

• Alviani, Carl. "De geweldige door vuil aangedreven lamp." Core77.http://www.core77.com/blog/technology/the_amazing_dirtpowered_lamp_11300.asp
• 'Aarde batterij'. Economisch Expert.http://www.economicexpert.com/a/Earth:battery.htm
• "Elektrochemische cellen." Hyperfysica. Georgia State University.http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/chemical/electrochem.html
• "Hoe maak je een aardappelbatterij." Kidzworld.http://www.kidzworld.com/article/4726-how-potato-batteries-work
• Grifantini, Kristina. "Microben voor off-the-grid elektriciteit." MIT Technologie Review. 4 september 2008.http://www.technologyreview.com/Biztech/21332/
• "Natuurbatterijen." Bij Batt. 7 januari 2008.http://www.atbatt.com/blog/18.asp
• Zangeres, Emily. "Betere brandstofcellen met behulp van bacteriën." MIT Technologie Review. 23 mei 2006.http://www.technologyreview.com/energy/16921/page1/
• "Bodemlamp:door modder aangedreven LED-licht heeft alleen water nodig." Mark's technologienieuws. 14 november 2008.http://www.markstechnologynews.com/2008/11/soil-lamp-mud-powered-led-light-only.html