Електрика із землі: чи можливо отримати безкоштовну енергію у місті?

Експеримент, що став мрією: підключити лампочку без жодної розетки

Ідея, яка заворожує — отримати електроенергію буквально із ґрунту під ногами. Уявімо: десь у міському дворику, між плиткою й асфальтом, росте крихітна рослина. Поруч встромлено металевий стержень. Але замість того, щоб годувати лише черв’яків, під ними починає працювати ліхтар або заряджається смартфон. Схоже на фантастику? Саме такої думки дотримувались інженери XX століття, але вже понад сто років шукачі «дармової енергії» бавляться ґрунтовими гальванічними елементами, біоелектростанціями та різними патентами.

Електричне поле навколо нас: ґрунтові потенціали як джерело струму

Ґрунт як батарейка

Будь-який ґрунт приховує малі, але вимірювані різниці потенціалів. У кам’яних джунглях міста під газонами і клумбами тече своє життя — вода, мінерали, мікроорганізми співпрацюють і… створюють електрохімічні реакції. Якщо занурити два різнорідних металевих електроди (наприклад, мідний і цинковий) у землю, між ними з’явиться слабка напруга, як у звичайній батарейці.

Науковці Київського політехнічного інституту у 2017-2022 роках неодноразово фіксували в міських парках Києва й Харкова різницю потенціалів на кілька сотих вольта. Ентузіаст Масато Уеда (Японія) ще у 2007 році створив ліхтар із ґрунтовим живленням для плавучих сільськогосподарських ділянок: результат — лампа світить 2 години на добу. Ближче до прагматичного підходу підходять голландці: у проєкті Plant-e (Ейндговен) влаштовано цілі лавки, що підсвічуються енергією коренів осоки.

Як це працює?

Головна умова — наявність природного або штучно створеного різного мікросередовища біля електродів. Один метал взаємодіє із вологим, а другий — із менш родючим шаром. Електрони мігрують від анода до катода, і цей крихітний струм можна використовувати. Але: типове напруження у містах становить 0,2–0,9V між електродами, сила струму — мікроампери.

Міф про вічний двигун: стереотипи VS холодна математика

Основні криві реальності

Простий експеримент з двома цвяхами в горщику мало чим здивує фізика: лампа не згасне, якщо дуже чутлива, але смартфон не зарядиться ніколи. Для живлення світлодіодної стрічки на 12V знадобиться батарей з тисячі електродів. Класичні дані: у дослідах інженерів Львівської політехніки та ізраїльського стартап-центру, довготривалий ґрунтовий елемент з двома електродами (20x2x2 см) дає 0,5V і приблизно 40-110 мкА.

Забудовники з Канади фіксували у вологому шарі міського парку Торонто максимум 1,2V між сталевим і мідним стрижнем. Та потужність — так само мізерна: кілька сотих мілівата.

Порівняння: будь-який побутовий павербанк для телефону має потужність у десятки тисяч разів більшу.

Урбаністичний контекст: чи стане земля твого двору джерелом енергії?

Енергетика біотехнологій у місті

Для мікроелектроніки цей принцип — не фантастика, а реальність. Уже десятки років у ґрунті ховають датчики вологи, які заряджаються самі собою. Японські виробники вбудовують крихітні батарейки у сільськогосподарські чипи для моніторингу стану полів. Ідея «земляної батареї» привертає увагу й стартапів з Європи та Китаю: у містах ставлять експериментальні лавки, паркінги, вуличне освітлення, які частково живляться від різниці потенціалів у ґрунті та живлення кореневими бактериями.

Однак потужність такої системи порівнювана із зарядом однієї лужної батарейки AA… за три-чотири тижні конденсації енергії! В Україні група ентузіастів налаштувала у 2022 році перший ґрунтовий павербанк: він міг безперервно живити лише невеличкий датчик температури.

Поверхня міста і … новий «розетковий» рух

Урбаністичний виклик і грандіозний потенціал

Кожна плитка, кожен шмат вологої землі під містом — це нескінченний масив різниць потенціалів. Проблема — у тому, як зібрати, підсумувати і трансформувати цей крихітний струм для реального використання.
Деякі команди пропонують гаджети на зразок модуля Bluetooth, який харчується лише від вологості газону (інновація Samsung 2023 року). Біоенергетичний стартап із Литви тестує вуличні зарядки для датчиків руху пішоходів — усе встановлено в ґрунтову підкладку бруківки центральної площі.

Але навіть сотні квадратних метрів ґрунту генерують так мало енергії, що для живлення хоча б одного ліхтаря потрібно місяць накопичення.

Більше кейсів про нестандартні підходи ти знайдеш у розділі енергетика журналу MindScope.

Технічний погляд: чому це не працює «як у відео з YouTube»?

Вічний «лайфхак» — міф чи перспективна інженерія?

В мережі й сьогодні можна зустріти десятки відеороликів із магічними фокусами: підключіть болт до горщика з квіткою — і заряджайте телефон! Насправді ж, основа всього — катод і анод у середовищі-електроліті. Реальна ж напруга завжди мінімальна, а матеріал електродів поступово розчиняється. Вартість цинку й міді, установка, догляд — усе це дорожче, ніж електрика з розетки.

В українських містах ти можеш провести власний експеримент: врізати в землю ледь помітну пару електродів, під’єднати мультиметр і… зафіксувати не більше 0,8V і декілька десятків мікроампер. Якби у багатоквартирному будинку всі сусіди зробили те саме — ЖКГ помітила б хіба що пару лампочок, що світили б раз на тиждень у ніч опісля грози.

Методи легальної економії для містян

Куди спрямувати інженерну енергію?

Реальний «безкоштовний» струм у містах можна знайти не під ногами, а… на даху та балконі. Сонячні панелі, мікровітрові установки, рециклізація тепла від кондиціонерів — це вже стало буденністю в Києві, Берліні, Тель-Авіві та Торонто.

Наприклад, інвестиції в одну панель на 320 Вт окупаються за 6–8 років навіть у багатоповерхівці зі спільним дахом — про це неодноразово писали експерти з енергетики з розділу “енергетика”.

Варто звернути увагу й на розвиток розподілених енергоносіїв. У багатьох американських містах є двори точно такої ж площі, як і київські, але частина мешканців вже має не дроти у землі, а міні-SES, які генерують по кілька кіловат-годин на день.

Підсумок: реальна наука, життя без міфів

Між мрією й технічною дійсністю розташований цілий світ відкриттів, експериментів і оптимізації. Енергію із землі справді можна отримати — але скоріше у мікродозах для лептату електроніки, ніж для побутового хай-тек. Ґрунтовий ток у місті — це магія для наукових експериментів, а не джерело освітлення для квартири.

Тим, хто шукає реальну економію та незалежність, слід звернутися до перевірених технологій: сонячні батареї, вітрогенератори, теплові помпи. Тренди, енергностартапи, реальні кейси ти знайдеш у нашому розділі “енергетика”.