Mikronapajanje:
Baterija na mlazni pogon

Mobilni telefon čija se baterija puni svake druge godine, automobilski akumulator veličine nekoliko milimetara, prislušni uređaj kome baterija neće iscuriti ni tokom trajanja nekoliko političkih režima ili laptop koji se može nositi na put oko sveta za 80 dana – neobično su zgodne sprave koje bi mogle znatno uticati na svakodnevicu u bliskoj budućnosti

MIKROMAŠINE: MEMS tehnologija

Na univerzitetima u Kembridžu i Birmingemu, engleski naučnici su razvili mikronapajanje koje je 200 do 1000 puta efikasnije od konvencionalnih baterija. Ova nova tehnologija koja se odnedavno istražuje izazvaće još jednu revoluciju na tržištu elektronskih komponenti i uređaja. Teško da ikog ko je iole pratio razvoj elektronike tokom poslednjih decenija može zapanjiti bilo koje novo otkriće, ali su takozvani mlazni mikrogeneratori zaista toliko manji i dugotrajniji od svih dosadašnjih prenosivih izvora napajanja da predstavljaju dramatičan tehnološki skok. Taj napredak bi se mogao uporediti sa pojavom mlaznih aviona u vazduhoplovstvu četrdesetih godina XX veka, kad to poređenje ne bi bilo bukvalno, pošto su ovi mikrogeneratori i sami zapravo mlazne turbine za proizvodnju struje, pri tom umanjene na milimetarsku skalu.

MLAZNjAK U TELEFONU: Centar za istraživanje sagorevanja u Kembridžu i Centar za nanotehnologiju i mikroinženjering u Birmingemu trenutno zajednički razvijaju prototip mikronapajanja dužine pet, širine tri i dužine petnaest milimetara čija je izlazna snaga 11,2 W. Za razliku od dosadašnjih pokretnih izvora električne energije, ovaj prototip uopšte nije baterija ili akumulator, već mlazni generator u kome se ostvaruju brzine rotora od 50.000 obrtaja u minuti. U mlaznicama ovog minijaturnog generatora sagorevaju tečni ugljovodonici. Ugljovodonična goriva sadrže tristo puta više energije po jedinici težine od nikl-kadmijumskih i sto puta više od litijumskih baterija. Posebno je uzbudljivo što je mlazni mikrogenerator obnovljiv izvor struje, ali za njegovo punjenje nije neophodan punjač, električna utičnica i nekoliko sati čekanja – dovoljno je zameniti patronu sa gorivom veličine cigaretnog filtera svaki put kada se ugljovodonik potroši.

Ako se ispune predviđanja, pa za šest do deset godina ovakvi mikrogeneratori istisnu uobičajene baterije sa tržišta, mogu se uskoro očekivati neki prilično zgodni proizvodi. Mobilni telefon čija se baterija puni svake druge godine, automobilski akumulator veličine nekoliko milimetara, prislušni uređaj kome baterija neće iscuriti ni tokom trajanja nekoliko političkih režima ili laptop koji se može nositi na put oko sveta za 80 dana – neobično su fine sprave koje bi mogle bitno uticati na svakodnevicu u bliskoj budućnosti.

SUVI ELEMENTI: Prve baterije proizvedene su pre više od 200 godina i ma kako postajale efikasnije i smanjivale se s vremenom, njihov princip rada nije se presudno izmenio. Svaki element od koga su sačinjene baterije sastoji se od neke vrste anode i katode u elektrolitu, u kome se indukovanim hemijskim procesom razdvaja negativno od pozitivnog naelektrisanja i tako skladišti energija. Izumitelj prve električne baterije je italijanski fizičar Aleksandro Volta (1745–1827), čija su pionirska istraživanja u elektrohemiji pospešila potonji razvoj svih vrsta električnih elemenata. No, tek je izum primarnog elementa koji je napravio francuski inženjer Žorž Leklanše (1839-1882) omogućio komercijalnu proizvodnju i upotrebu baterija.

Uprkos svojoj današnjoj raspostranjenosti, konvencionalne baterije su uvek ostale nužno zlo. U proizvodnji obične baterije utroši se 2000 puta više energije nego što ona može da akumulira, ako se redovno puni tokom svog roka upotrebe. Najefikasnija klasična baterija je još uvek preteška i prevelika u odnosu na energiju koju sadrži, a njena ionako niska gustina energije s vremenom sve više opada zahtevajući česte i duge cikluse dopunjavanja. Pritom, nijedna baterija nije ekološki prihvatljiv proizvod, nerazgradljiva je i štetna po okolinu, a u blizini otvorenog plamena i visokog pritiska čak i opasna. Zato su istraživači, podstaknuti razvojem nanotehnologije i novih materijala, na razne načine pokušavali da pronađu rešenje koje je znatno efikasnije za skladištenje energije.

MEMS: Ideju o upotrebi minijaturnih mlaznih generatora predložili su sredinom devedesetih godina Alan Epštajn i Stefan Senturia sa Tehnološkog instituta u Masačusetsu (MIT). Ova ideja isprva nije realizovana zbog kvantnomehaničkih nevolja koje nastaju na skalama manjim od 25 mikrometara, sve dok 1999. godine prvi prototip mlaznog mikrogeneratora nije napravljen na Univerzitetu u Birmingemu. Razvoj mikronapajanja nastavljen je na Tehnološkom institutu u Džordžiji, SAD, gde je 2004. načinjen mlazni mikrouređaj sa magnetom koji rotira iznad mreže metalnih prstenova urezanih na ploči. Novi projekat u Birmingemu i Kembridžu čini uređaj kompaktnijim, efikasnijim i približava mikronapajanje komercijalizaciji.

Ali, kako je uopšte moguće mlazni motor ili generator smanjiti ispod milimetarskih dimenzija? Čitav proces se oslanja na tehnologiju Mikro-elektro-mehaničkih sistema (MEMS) pomoću koje se proizvode minijaturne metalne strukture. MEMS podrazumeva upotrebu neke od visoko sofisticiranih litografskih tehnika, kakve se već dugo koriste pri proizvodnji računarskih procesora, senzora pritiska ili pizoelektrika za štampače. Projektanti mlaznih mikrogeneratora se, pak, suočavaju i sa nekoliko karakterističnih problema. Jedan od njih je što uobičajene električne komponente na bazi silicijuma ne mogu da izdrže visoke temperature koje nastaju zbog sagorevanja u mlaznom generatoru, pa je uređaju potrebno obezbediti i sistem za hlađenje. U svakom slučaju, prvi modeli mikronapajanja već daju struju, a kada budu usavršeni, zbog svoje dugoročnosti umanjiće zavisnost od fiksne električne mreže i samim tim dodatno poboljšati kvalitet života.

Slobodan Bubnjević