ΟΙΚΟΛΟΓΙΚΕΣ ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ ΟΤΑΝ Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΥΝΑΝΤΑ ΤΗΝ… ΜΑΝΑΒΙΚΗ

ΤΑ ΛΑΧΑΝΙΚΑ ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ ΜΟΝΟ ΓΙΑ ΔΙΑΙΤΑ ΑΛΛΑ ΚΑΙ ΓΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ)

Μπαταρίες και περιβάλλον Κάθε χρόνο διατίθενται στην αγορά της ΕΕ περίπου 800.000 τόνοι μπαταριών για αυτοκίνητα, 190.000 τόνοι για τη βιομηχανία και 160.000 τόνοι φορητών μπαταριών γενικής χρήσης. Για τα αυτοκίνητα χρησιμοποιούνται κυρίως μπαταρίες μολύβδου, για τη βιομηχανία χρησιμοποιούνται μπαταρίες μολύβδου και νικελίου-καδμίου ενώ οι φορητές μπαταρίες που κυκλοφορούν είναι μη επαναφορτιζόμενες και περιέχουν κυρίως ψευδάργυρο- άνθρακα και αλκαλικό μαγγάνιο, και επαναφορτιζόμενες, κυρίως νικελίου-καδμίου, υδριδίου νικελίου μετάλλου, ιόντων λιθίου και μολύβδου οξέος. Με βάση την απόφαση 2000/532/EΚ, ο υδράργυρος, ο μόλυβδος και το κάδμιο έχουν καθοριστεί ως οι πλέον επικίνδυνες ουσίες στα απόβλητα των μπαταριών, ενώ και άλλα μέταλλα που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή τους, (ψευδάργυρος, χαλκός, μαγγάνιο, λίθιο) συνιστούν κίνδυνο για το περιβάλλον.

ΒΛΑΒΕΡΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΓΕΙΑ ΚΑΙ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Οι ουσίες που περιέχει μια μικρή μπαταρία -όπως αυτές που έχουν τα ρολόγια μας ή οι φωτογραφικές μηχανές- είναι ικανές να ρυπάνουν 1 κυβικό μέτρο χώμα ή 400 κυβικά μέτρα νερό!!

ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ Η ανακύκλωση μπαταριών, με στόχο την προστασία του περιβάλλοντος και την εξοικονόμηση φυσικών πόρων όπως μαγγάνιο, ψευδάργυρος και χάλυβας, είναι οικονομικά ασύμφορη.

Μεγάλα κέρδη εις βάρος της δημόσιας υγείας Ο σωστός τρόπος με τον οποίο οφείλει να ανακτάται ο μόλυβδος των μπαταριών… κοστίζει: η ανάκτηση με τήρηση των περιβαλλοντικών προδιαγραφών (τοποθέτηση φίλτρων στα εργοστάσια ανακύκλωσης, τεμαχισμός των μπαταριών, εξουδετέρωση του ηλεκτρολύτη, σωστή διαχείριση των υπολειμμάτων κ.α.) στοιχίζει 400 ευρώ ο τόνος, την ίδια στιγμή που η μη ορθή και άρα παράνομη ανάκτηση στοιχίζει μόλις 80 ευρώ. Υπολογίζοντας τη μεγάλη ποσότητα των συγκεκριμένων αποβλήτων που μετριέται σε χιλιάδες τόνους και την… ιδιαίτερα οικονομική τιμή της παράνομης διαχείρισης τους, συμπεραίνουμε ότι υπάρχουν εταιρείες οι οποίες εξοικονομούν πολλά εκατομμύρια ευρώ, απλά μην τηρώντας τους όρους που οφείλουν.

Η ΙΔΕΑ Για τους παραπάνω λοιπόν λόγους σκεφτήκαμε πως άξιζε τον κόπο να δούμε μήπως μπορούμε να κατασκευάσουμε μπαταρίες με καλά σχετικά χαρακτηριστικά αλλά πλήρως βιοδιασπώμενες.

Αρχή λειτουργίας Μια μπαταρία στην απλή μορφή της αποτελείται από δυο διαφορετικά μέταλλα, τα οποία βρίσκονται μέσα σε ένα υγρό διάλυμα και παράγουν ηλεκτρισμό! Η διαφορά δυναμικού που παράγεται ανάμεσα στα δυο μέταλλα, εξαρτάται από το τι μέταλλα χρησιμοποιούνται, ενώ το ρεύμα και κατ’ επέκταση η ισχύς της μπαταρίας από το διάλυμα στο οποίο βρίσκονται τα δυο μέταλλα.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1 ΜΕΤΑΛΛΑ VOLTS Μαγνήσιο -2,34 Βηρύλλιο -1,7 Αλουμίνιο -1,67 Μαγγάνιο -1,05 Ψευδάργυρος -0,76 Χρώμιο -0,71 Σίδηρος -0,44 Κάδμιο -0,4 Νικέλιο -0,25 Κασσίτερος -024 Μόλυβδος -0,13 Υδρογόνο 0,00 Χαλκός +0,34 Άργυρος +0,8 Παλλάδιο +0,83 Λευκόχρυσος +1,2 Χρυσός +1,42

Στον πίνακα 1 βλέπουμε το δυναμικό για κάθε το μέταλλο και ανάλογα το ζεύγος των μετάλλων που χρησιμοποιούμε, θα έχουμε την ανάλογη διαφορά δυναμικού ή την τάση στα ηλεκτρόδια ως εξής: Έστω ότι χρησιμοποιούμε χαλκό και αλουμίνιο. Η διαφορά δυναμικού θα είναι 0,34-(-1,67)=2,01V. Το ρεύμα που θα δώσει η μπαταρία εξαρτάται από τους φορτισμένους φορείς του ηλεκτρολύτη, δηλαδή το υγρό μέσα στο οποίο βρίσκονται τα δυο μέταλλα, αλλά και από τις επιφάνειες των μετάλλων! Για να μπορέσει κανείς να αυξήσει τους φορτισμένους φορείς του ηλεκτρολύτη, θα πρέπει να χρησιμοποιήσει ένα ισχυρό οξύ

ΕΠΙ ΤΟ ΕΡΓΟΝ Τα υλικά που χρησιμοποιήσαμε τα βρίσκεις σε κάθε κουζίνα ή …λαχανόκηπο.

1. Λεμόνια

2. Πατάτες

3. Χλωρίνη

ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΑ Ηλεκτρόδια από χαλκό Ηλεκτρόδια από αλουμίνιο

Καλώδια Πολύμετρα Leds (λαμπάκια)

ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ ΑΠΟ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

ΜΠΑΤΑΡΙΑ 1 Χρησιμοποιήσαμε 2 πατάτες και ηλεκτρόδια από αλουμίνιο και χαλκό. Σε κάθε πατάτα βάλαμε ένα χάλκινο κι ένα αλουμινένιο ηλεκτρόδιο και συνδέσαμε τα δυο στοιχεία σε σειρά. Η τάση που μετρήθηκε με το πολύμετρο ήταν 0,932V (0,466V ανά στοιχείο). Το ρεύμα όμως που παρείχε η διάταξη ήταν πολύ μικρό (1-2mA).

ΜΠΑΤΑΡΙΑ 2 Αντί για πατάτες εδώ χρησιμοποιήσαμε 2 λεμόνια. Όπως και πριν συνδέσαμε σε κάθε λεμόνι 2 ηλεκτρόδια από χαλκό και αλουμίνιο και τα συνδέσαμε σε σειρά. Η τάση που μετρήθηκε ήταν 1,189V, υψηλότερη από πριν αλλά το ρεύμα μη επαρκές (2-3 mA) για τις περισσότερες καταναλώσεις.

ΜΠΑΤΑΡΙΑ 2Α Η κατάσταση βελτιώθηκε αισθητά με τη χρήση ενός ακόμα στοιχείου από λεμόνι. Η τάση που μετρήθηκε ήταν περίπου 2V ενώ το ρεύμα παρέμεινε στα ίδια επίπεδα. Μπορούμε όμως να τροφοδοτήσουμε μικρές σε ισχύ καταναλώσεις και ιδιαίτερα αυτές που χρησιμοποιούν μπαταρίες τύπου φακής.

ΜΠΑΤΑΡΙΑ 3 Η επόμενη μπαταρία κατασκευάστηκε με ηλεκτρόδια από χάλκινο καλώδιο σε μορφή σερπαντίνας και αλουμινόχαρτο βουτηγμένα σε χλωρίνη. Κατασκευάστηκαν 2 στοιχεία και συνδέθηκαν σε σειρά. Η συνολική τάση που μετρήθηκε ήταν 3,21V αρκετά υψηλότερη από τις προηγούμενες. Το σπουδαιότερο όμως είναι ότι παρέχει 8-10mA ρεύμα για αρκετή ώρα.

Με τα στοιχεία αυτά τροφοδοτήσαμε ένα led πράσινο και η τάση έπεσε από τα 3,2V στα 1,9V όμως αρκετή για να το ανάψει και να το κρατήσει αναμμένο για περίπου 2 εικοσιτετράωρα.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΜΠΑΤΑΡΙΑ 1 Το μέγιστο ρεύμα μετρήθηκε με κύκλωμα εν σειρά μεταβλητής αντίστασης 5 ΚΩ και βρέθηκε 2,4mA ΧΡΟΝΟΣ(min) ΤΑΣΗ 0,932V 10 0,930V 20 0,922V 30 0,912V 40 0,903V 50 0,894V 60 0,886V

ΜΠΑΤΑΡΙΑ 2 ΧΡΟΝΟΣ(min) ΤΑΣΗ 1,189V 10 1,181V 20 1,177V 30 1,172V 40 1,168V 50 1,163V 60 1,159V Το μέγιστο ρεύμα μετρήθηκε με κύκλωμα εν σειρά μεταβλητής αντίστασης 5 ΚΩ και βρέθηκε 2,95mA

ΜΠΑΤΑΡΙΑ 2Α ΧΡΟΝΟΣ(min) ΤΑΣΗ 1,98V 10 20 1,97V 30 40 1,96V 50 60 1,95V Το μέγιστο ρεύμα μετρήθηκε με κύκλωμα εν σειρά μεταβλητής αντίστασης 5 ΚΩ και βρέθηκε 3,81mA

ΜΠΑΤΑΡΙΑ 3 ΧΡΟΝΟΣ(min) ΤΑΣΗ 3,21V 10 3,19V 20 3,17V 30 3,15V 40 3,14V 50 3,13V 60 3,12V Το μέγιστο ρεύμα μετρήθηκε με κύκλωμα εν σειρά μεταβλητής αντίστασης 10 ΚΩ και βρέθηκε 11,7mA.

ΚΟΣΤΟΣ ΜΠΑΤΑΡΙΑ 1 5 λεπτά ΜΠΑΤΑΡΙΑ 2 6 λεπτά ΜΠΑΤΑΡΙΑ 2Α 9 λεπτά ΜΠΑΤΑΡΙΑ 3 15 λεπτά

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Μεγαλύτερη ισχύς: Μπαταρία 3 (από χλωρίνη) Φθηνότερη: Μπαταρία 1 (από πατάτα) Ελαφρύτερη: Μπαταρία 2 (από λεμόνι)

Αυτού του είδους οι μπαταρίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συσκευές με μικρή κατανάλωση (μικρά κομπιουτεράκια κλπ) αλλά όχι σε όλες τις υπόλοιπες. Επίσης μειονεκτούν στον όγκο και στο βάρος. Υπερτερούν όμως έναντι των συμβατικών γιατί είναι φιλικές στο περιβάλλον και πλήρως βιοδιασπώμενες.

Στο μέλλον πρέπει να είναι πλήρως βιοδιασπώμενες μικρές σε όγκο και βάρος και με τεράστια πυκνότητα ενέργειας. Στην κατεύθυνση αυτή εργάζονται μεγάλα ερευνητικά κέντρα (Πανεπιστήμιο Rice ,το City College της Νέας Υόρκης κ.α).

Ολόκληρη η ομάδα του project2

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ http://coolweb.gr http://www.enet.gr/?i=news.el.article&id=108043 http://newsmme.blogspot.gr/2009/12/blog-post_1348.html http://www.e-ecology.gr/DiscView.asp?mid=1146&forum_id=7& http://www.qualitynet.gr/displayITM1.asp?ITMID=51415&LANG=GR Περιοδικό «ελέκτορ» τεύχος 261 , 273 Περιοδικό «electronic circuit» τεύχος 1