Eric Henderson je 2007. godine na vjetru ispred svog doma u Iowi promatrao lišće crvenog pupoljka u obliku srca. Došao je grom, koji je vukao oko grana drveća, uzrokujući da lišće oscilira u burnom strujanju zraka.
"I to me je navelo da razmišljam", kaže on.
Henderson, molekularni biolog sa državnog sveučilišta Iowa, počeo se poigravati s idejom da se pokupe ti slučajni pokreti. "Vjetar nikada neće vidjeti turbinu, jer je nizak do tla i prolazi kroz male vrtloge i vrtloge", kaže on. Ali tamo još uvijek ima energije.
To ga je pokrenulo u opsjednutosti lišćem - proučavajući njihove oblike, aerodinamiku, oscilacije pri najmanjoj provokaciji. Regrutovao je još dva istraživača sa sveučilišta, Curtisa Moshera i Michaela McCloskeyja, kako bi mu pomogli, a zajedno je koncept lažne šume procvjetao. Ideja je bila da se stvaranjem lišća iz određenih materijala mogu skupiti energije iz savijajućih listova.
Sve ovisi o metodi poznatoj kao piezoelektrika, koja postoji već više od jednog stoljeća. Otkrili su ih Jacques i Pierre Curie 1880. godine i korišteni su u raznim napravama - od ranih fonografa (gdje su piezoelektričari pretvorili vibracije iz igle u električnu struju) do paljenja upaljača.
Koncept se temelji na manipulaciji materijalima koji imaju pravilan niz kovalentnih veza, kemijske veze u kojoj dva atoma dijele elektrone. "U kristalu su sve te [veze] u vrlo uređenom stanju", kaže Henderson. "Ako ga stisnete, gurnete ili pritisnete, pomakne se." I ako se njime pravilno manipulira, to okretanje elektrona naprijed i natrag može stvoriti električnu energiju.
Osnove ideje istraživača bile su jednostavne: izgraditi generator električne energije u obliku stabla s plastičnim listovima koji imaju stabljike napravljene od polivinilidena fluorida (PVDF), vrste piezoelektrične plastike. Puhajte drvo napolje u bilo kojoj regiji s povjetarcem i ubirajte energiju dok se lažni odlazi naprijed i nazad.
No, kako su nedavno objavili u časopisu PLOS ONE, situacija je puno složenija. "Sve to zvuči sjajno dok se ne pokušate baviti fizikom", kaže Henderson.
Listovi biomimetičkog stabla, po uzoru na lišće pamučnog drveta, oslanjaju se na piezoelektrične procese u proizvodnji električne energije. (Christopher Gannon) Prvo su nevolje uvjeti potrebni za stvarnu proizvodnju električne energije, objašnjava McCloskey, koji je i autor teksta. Iako lišće leprša na vjetru, navodno stvarajući električnu energiju, jedini način da se dobije korisna energija je iz visokog učestalosti, redovito razmaknutog savijanja stabljika - stanje koje se u prirodi rijetko nalazi.
Ispada da se količina proizvedene energije može odnositi na to koliko brzo se stabljike savijaju. Kad su postavili ventilator kako bi njegovi noževi zapravo udarili u list dok se vrti, mogli su upaliti LED. Ali opet, to nije uobičajena situacija.
Postoji i nešto poznato kao parazitski kapacitet, objašnjava on. Kao i njegov imenjak, ovaj je fenomen sličan pijavici koja usisava životnu snagu iz nesretnog stvorenja. Iako bi vjetar navodno mogao proizvesti mnogo energije dok lišće oscilira, različiti parazitski učinci - poput lista koji vijugaju u više smjera - kradu gutljaji te energije, učinkovito otklanjajući električne naboje. I na kraju, jedva išta ostaje.
Nadalje, prikupljanje tih ostataka energije daleko je od povjetarca. Zbog prirode materijala, gubi se energija tijekom prijenosa na bateriju. Iako bi mogli napuniti malu bateriju, McCloskey kaže da će im trebati "glacijalno doba".
Curtis Mosher (lijevo), Eric Henderson (u sredini) i Mike McCloskey (desno) sastavili su prototip biomimetičkog stabla koje proizvodi električnu energiju. Prema riječima istraživača, ova tehnologija bi se mogla privlačiti na tržište u budućnosti. (Christopher Gannon) Kako je tim neumorno radio na nadoknadi tih problema, počeli su viđati druge kako progone istu ideju. Iako su neki pokušaji bolji od ostalih, čini se da postoji puno vrućeg zraka u odnosu na ono što ljudi tvrde da mogu raditi s ovom tehnologijom, prema Hendersonu i McCloskeyu.
Postoje čak i tvrtke koje tvrde da mogu iskoristiti ovu energiju. Jedan, nazvan SolarBotanic, nada se da će se vjenčati s ambicioznom kombinacijom energetskih tehnologija na svakom listu svog lažnog stabla: solarnoj energiji (fotonaponski uređaji), toplinskoj snazi (termoelektričari) i piezoelektrikama. Problem, objašnjava McCloskey, je taj što piezoelektričari u usporedbi sa solarnom energijom proizvode minimičnu količinu energije. Tvrtka je osnovana 2008. Devet godina kasnije, bujna šuma tek treba da se ostvari.
Prošle godine Maanasa Mendu pobijedila je u 2016. godini Young Scientist Challenge sličnom iteracijom lažnog stabla koje proizvodi energiju. Ali i ona je priznala ograničenja piezoelektričnih uređaja, ugrađujući fleksibilne solarne ćelije u uređaj.
"Mislim da nije loš koncept imati lažnu biljku ili čak i stvarno postrojenje koje je modificirano", kaže McCloskey. "To je samo ova posebna shema piezoelektričnosti - mislim da neće raditi s trenutnim materijalima."
Tim, međutim, radi i pod drugim kutem: sintetiziranje materijala koji oponaša protein koji se nalazi u ljudskom uhu i koji je ključan za pojačavanje zvuka. Iako su detalji koji bi mogli dati o projektu ograničeni zbog otkrića izuma koji su u tijeku, McCloskey može reći kako materijal ima piezoelektričnu učinkovitost 100.000 puta veću od njihovog trenutnog sustava.
Isključujući trenutne metode piezoelektrike, tim je korak na putu pronalaženja najboljeg načina za rješavanje stabala. Kao što je Edison navodno rekao dok se trudio razviti akumulator: "Nisam uspio. Upravo sam pronašao 10.000 načina koji neće uspjeti. "
McCloskey dodaje: "Ovo je jedno od tih 10.000."
