|
Újfajta alkálelemek
Őrizzük meg vizeinket és környezetünket!!!
(műszaki – környezetvédelmi téma)
|
|
Újfajta alkálelemek
1. Környezetvédelmi tanulmány: szárazelem kontra akkumulátor
Ebben a dolgozatban beszeretnénk mutatni Önöknek az akkumulátor felhasználás jelentőségét, és előnyét a szárazelemekkel szemben. A szárazelemek használata sajnos, elhatalmasodott, míg az akkumulátorok használata sajnos nem kielégítő .A kidobott szárazelemek nagymértékben kárositják környezetünket és vizeinket.
Egy kilogramm kidobott szárazelem a talajban 8000 liter vizet tesz használhatatlanná!
Ez azt eredményezi, hogy a közeljövőben utódainknak nem lesz ivóvizkészletük, de könnyen lehet, hogy a tavakban, folyókban sem fürödhetnek majd, nem beszélve a bennük lévő állatvilág elpusztulásáról.
Legújabb hír a TV-ből és rádióból : Magyarország területén 2000t szárazelem kerül a „kukák” mellé. Ez 2000*1000*8000liter víz szennyezését okozza a talajban. Ebből kifolyólag nem iható a víz 42méter mélységről, nem iható 100méter mélységről, és nem lesz iható sehonnan sem.Mi földrajzilag délebbre vagyunk, ez a vízmennyiség felénk áramlik.Szerbiában nincs szelektív hulladékgyűjtés, így minden a természetbe kerül.
Napjainkban nagy problémát jelent a szárazelemek használata, mert nagy negativ hatással van környezetünkre.Hatástanulmányunkból is látszik :
Miroslav Antić Palics 6.7.8. osztályos tanulók - összesen 169 tanuló - összesen 11 681 kidobott elem évente, ez osztva a tanulók számával vagyis 169-cel, 69,12 elem tanulónként egy évre, az 5,76 elem havonta és 1,32 elem hetente - ez az akkumennyiség az össz tanulóra eggyüttesen nézve 1635 m3 vizet tesz ihatatlanná egy év alatt!
Műszaki Iskola Szabadka elsősei - 46 tanuló - összesen 3235 kidobott elem évente, ez tanulónként évente 70,3 kidobott elem, hónaponként 5,86, hetente 1,35 kidobott elem - ez az akkumennyiség az össz tanulóra eggyüttesen nézve 453 m3 vizet tesz ihatatlanná egy év alatt!
Lazar Nešić Szabadka - 762 tanuló - összesen 63 079 db kidobott elem évente, az tanulónként 82,78 kidobott elem évente, 6,7 kidobott elem havonta és 1,58 elem hetente - ez az akkumennyiség az össz tanulóra eggyüttesen nézve 8831 m3 vizet tesz ihatatlanná egy év alatt!
Naša Radost szabadkai óvodák - a kérdőívet kitöltő gyerekek száma összesen 257 - kidobott elemek száma évente összesen 13 622db, egy gyerekre évente 53 kidobott elem jut, havonta 4,41, hetente 1,016 kidobott elem - ez az akkumennyiség az össz gyerekre eggyüttesen nézve 1907 m3 vizet tesz ihatatlanná egy év alatt!
A szabadkai óvodák különben 4100 gyereket számlálnak, az előzőek alapján ha ezt beszorozzuk a heti kidobott elemek számával 1,016-al, akkor az kb. 4100 kidobott elem hetente.
Ez 213 774 kidobott elem évente csak az óvodás korosztálytól!
Ha a 213774-et beszorozzuk 17,5g-mal, azt kapjuk, hogy 3741 kg, ami összesen több mint 30 ezer m3 beszennyezett viz egy év alatt (az óvodás korosztálytól)!
Csantavéri Elemi Iskola 7.8.osztály - összesen 104 tanuló - összesen 14 752 kidobott elem évente, ez évente 76 kidobott elemet eredményez személyenként, 6,33 elemet havonta és 1,45 hetente.A csantavéri óvodák közül 55 óvodás szülője nyilatkozott - náluk 124,58 elem kerül szemétre évente, 10,38 havonta és 2,33 hetente.Ők összesítve Csantavér területén 2 066 m3 vizet szennyeznek be egy év alatt!
Ezek katasztrofálisan nagy méretű számok, melyek teljesen a valóságot tükrözik.A számításokból egyben az derült ki, hogy a legtöbb elemet a kisgyerekek „fogyasztják” el, mert az ő játékszereik igénylik a legtöbb elemet.
A fent említettek csupán rövid összefoglalói a hatástanulmányainknak, melyekről bővebben itt találtok anyagot:
A következő táblázat az új felmérés eredményeit összegzi.
|
Összegzés (Szabadka és környéke) |
Tanulók és óvodások száma (1409) |
|
Kidobott elemek száma 1 év alatt |
109 657db |
|
Kidobott elemek össztömege (1 elem 17,5g-os) |
1918,96 kg |
|
Megtakaritott pénzösszeg (ha 1€ értéke 79dinár és 1 elem ára 40dinár) |
55 521,43€ |
|
Beszennyezett vizmennyiség (1kg elem 8000liter vizet szennyez) |
15 351 680 liter |
|
Tölthető akkumulátor-használók száma |
17 |
Sajnos nem tudtunk pontos információkat szerezni az óvodások létszámáról Szerbiában.Ezek a gyerekek (a 4,5,6 évesek) elemre működő játékokat használnak, és ha a Minisztérium adatai szerint 76 000 első osztályos iratkozott be idén iskolába, akkor elég nagy pontossággal meg tudjuk határozni, hogy 150-200 000 körüli lehet a létszámuk.Mi a 4,5,6-18 éves korosztályt vettük célba, akik a legtöbb elemet használják,ezek összesítve 1 millió körül vannak.Ha beleszámoljuk a lakosság többi részét is, akkor 2 millió elemhasználót kapunk.Ha heti kb.1 kidobott elemről beszélünk, akkor 2 millió lakosra 2 millió kidobott elemet kapunk hetente.Ez 35 000kg tömeg szennyező anyagot jelent hetente, és 1 824 900 kg elemet jelent évente (évi 1824,9 tonna szennyező anyag Szerbia területén!!!)
Kiszámítjuk a beszennyezett
vízmennyiséget:
minimálisan!
Szerbia területén évente 14,6 millió m3 víz válik ihatatlanná!!
Itt mindent megtalálnak a hatástanulmányainkról:
Megoldásra irányuló javaslat: Ne használjunk szárazelemeket nagy fogyasztókban, mint pl.:kerékpárlámpákban,zseblámpákban, discman-ekben, walkman-ekben, MP3-MP4 lejátszókban, digitális fényképezőgépekben stb..A szárazelemek felcserélhetők tölthető elemekkel, azaz Ni-Cd, Ni-Mh, LiIon,Li-Polymer akkumulátorokkal, amelyekhez mi többféle töltőt, akár „mindentudó” töltőt ajánlunk majdnem ingyen.Ezek a jó minőségű akkumulátorok, melyek 1000x tölthetők és 10 év az élettartamuk. Azt lehet mondani, hogy 1 akku felér 1000 szárazelemmel.
Mai követelmény : A forgalomban lévő elemfajták felcserélése ugyanolyan kapacitású AAA:1000mAh és AA:2000mAh NiMh akkumulátorokra. Ez azt jelenti, hogy olyan mindent tudó töltőt kell készíteni amely képes az „AA” , „AAA”, 9V-os akkumulátorokat kapacitásuk 1/10 áramértékével tölteni (pl. 1000mAh / 10 = 100mA – 15 órán keresztül). Miért? Ugyanis igy az élettartam 10 év vagy 1000 töltés.
Elérendő cél : Elérhető lenne, hogy a szárazelem - használatot szinte teljesen visszaszorítsuk az iskolákban és másutt.
Konkrét megvalósitás módja: Mivel a készülék elkészítéséhez nagyon nagy szaktudás nem kell, igy a műszaki, informatika, fizika, és elektrotechnika tanárok szakkörükön a tanulókkal 1 óra alatt elkészíthetik. Mi ehhez pontos anyagspecifikációt és kapcsolási rajzokat mellékelünk!
|
Az óvodában, elemi iskolában szerzett rossz szokásokról középiskolában nehezebb leszokni, azaz nehezebb átszoktatni a gyerekeket akkumulátor használatára.
Az akkumulátor - használatnak van egy másik előnye is: a megtakaritott pénz, vagyis az évi 50€-nak is van hatása. Ez zsebben marad, ha a társaság mégis az akkumulátor használat mellet dönt.
Népszerűsítés : Iskolánkban osztályunk és más osztályokban is 2 töltőt készítettek tanulónként. Ezeket a töltőket is kiállítottuk a kiállításon amit május 3. és 4.-én rendeztünk, most már ötödször az általános iskoláknak és tanulóinknak.
További lépések a környezetvédelem területén :
Elsődleges feladatunk – célunk, hogy környezetünk védelmének szempontjából olyan akkumulátortöltőt hozzunk létre, amely olcsó a megépithetőség szempontjából, és felhasználásával tovább takarékoskodhatunk, valamint az elemek használatának megszüntetése, amelyek rossz minőségük miatt, nem kis mennyiségben szennyezik környezetünket.
A rossz vagy elavult elektronikai ezközöket nem dobtuk ki, hanem szétszedtük, és ebből az alkatrészekből ingyen készítettünk töltőket.
Elmentünk a mobiltelefonokat javító szervízekbe, ahol olcsón, vagy ingyen, jó minőségű töltőtrafókat kaptunk, 100-500mA töltőárammal. Így ezek a töltőtrafók és az elektronikai alkatrészek forgalomban maradtak, és nem szennyezik a környezetet. Tehát, a befektetés (az említett módon) a töltő megépítésébe, az anyagba 0€ körül van. Vennünk kellett csak két Ni-Mh akkumulátort 2500mAh „AA” vagy két Ni-Mh akku 1000mAh „AAA” ami 5€-ba kerül. Ezáltal megoldjuk az energiaellátást 10 évre vagy 1000 töltésre. A megtakarítás pénzben 500€ lenne 10 év alatt, a környezetet pedig tanulónként 8kg elemmel tehermentesítjük, és 64000 liter tiszta vizünk marad. Ezzel a projektel valamint a környezetet sem árasztottuk el elektronikai hulladékkal.
1.Környezetvédelmi feladat – újrahasznositunk
Elmegyünk néhány rádió-TV-videó szervizbe,kérünk (és kapunk!) az iskola részére elavult (rossz) készülékeket, majd:
2.Környezetvédelmi feladat – megint újrahasznositunk
Meglátogatunk néhány mobiltelefon szervizt. Mit keresünk?
3.Környezetvédelmi feladat – és újból újra hasznosítunk
Elmegyünk néhány számitógép szervizbe.Miért?
Ezekből felhasználjuk a 12/5V-os tápot,UPS akkumulátort,az alkatrészeket és ezeket is redszerezzük.
Nagy előrelépést jelentene a Kárpátmedencei életminőség javítása tekintetében ha sikerülne a töltőnket a Kárpátmedence iskoláiban elterjeszteni. Ez hatalmas eredmény lenne mind környezeti,mind anyagi szempontból.
2. Környezetkímélést segítő töltők megépítése és akkumulátor paramétereinek mérése
Két évvel ezelőtt,a Pedagógusok Nyári Akadémiáján kisérletekkel bebizonyitottuk, hogy a gyári töltők nem töltenek megfelelően, és hogy sajátkezűleg elkészitett töltőnkkel olyan megfelelő töltőárammal tölthetjük akkumulátorainkat, hogy azok kibirják az akár 20év élettartamot is.
Mit értünk megfelelő töltőáram alatt? Hogy miért kell hogy 60mA legyen a 600mAh-ás akkumulátorok töltőárama? Mert általános esetben bármelyik akkumulátorra alkalmazható az a szabály, hogy az amper óra (Ah) kapacitás értéket 10-zel osztjuk, és ezzel az árammal töltjük az akkumulátort 14-15 óráig, mert akkor éri el a megfelelő élettartamot.
Különben ha az akkumulátor gyárak feltüntetik a javasolt töltőáramokat, egy kis és egy nagy értéket, mi a kisebb értéket kell hogy válasszuk és akkor lesz érvényes az a feltétel, hogy 1000 töltés vagy 10-20 év élettartam.
Minden akkumulátor és szárazelem töltésmennyiségét le lehet mérni egyszerű módszerrel.
A következőkben egy olyan készüléket fogunk bemutatni, amely a tárolt töltésmennyiség közvetett mérésére szolgál. Az ellenállásokra párhuzamosan kapcsolunk egy analóg kvarcórát,amely jelzi a kisütés idejét.
Ha az akku kisül,az információt megjegyzi.Ez lehet egy fali analóg kvarcóra is. Mérés közben egyeztetnünk kell a valós idővel, és félnaponként ellenőrizni átbillen - e a 12-es számon. Feljegyezzük a kezdő és a végső időt,és a kettő különbsége adja a kisütés idejét. Az ellenállások értékei külön-külön magától érthetődően 15Ω-ok (I=200mA, R1=R2=7.5Ω).A 100mA-hez viszonyitva a kvarcóra árama 1%-os hibával elhanyagolható (kb.1mA).
Ha az elemek elkezdenek gyengülni, a feszültség le fog csökkenni, az áramerősséggel együtt. Ha a feszültség 1,2V alá süllyed az óra leáll és leolvashatjuk.
Ha ebből a képletből indulunk ki, és a 20órát beszorozzuk 0,1A-ral,megkapjuk,hogy 2 Ah!
A nem alkál elemek átlag kapacitása pillanatnyi méréseink szerint 500mAh, az alkáloké kb. 2000mAh
( az elemek 4x szennyezőbbek az alkálelemeknél)!!!
Az akkutöltők építésének története: Az első akkumuláttöltőnk, egy fajta akkumulátor töltésére szolgált, a 600mAh-s akkukat töltötte 60mA – rel. A töltőáramot ellenállások soros kapcsolásával állitottuk be.
Ezekkel az akkumulátorokkal kezdődött az egész, azzal, hogy elkezdtük népszerűsíteni (először osztályon belül, majd külföldi fizikusok, környezetvédők, és elektronikusok körében is) a Ni-Cd és Ni-Mh akkuk használatát a hagyományos szárazelemek helyett.
Az egyszerű 600mAh-ás akkuk töltésére használatos konstrukciót nemrégiben továbbfejlesztettük. Az újabb akkutöltő még gazdaságosabb, hiszen képes többféle akkumulátor töltésére. A méréshatárt mi állitjuk be, ahhoz mérten, hogy ahány mAh-ás az elem, 10-ed annyi áram-erősséggel kell tölteni. Az “Unitöltő 1” 20 fajta AA és AAA akkumulátor NICd és NiMh (2 db.) töltésére alkalmas. Ha régi számitógéptápegységére kapcsoljuk (12V-ra) akkor nem kerül pénzbe ez a megoldás sem és védjük a környezetet az újra hasznosítással.
Legfontosabb újitásunk az az univerzális töltő ”Unitöltő 2”, amelyik alkalmas 50 – különböző típusú akkumulátor töltésére. A töltő nem kerül pénzbe, mert kizárólag hulladékból – újrafelhasználható anyagokból készült. Az ellenállások, amelyek beállítják a töltőáramot, soros és párhuzamos kapcsolással lettek beállitva a kellő értékre. Dolgozatunkban mellékeljük a sémát, a felülnézeti rajzot, valamint az anyagspecifikációt, vagyis az elkészitéséhez szükséges alkatrészeket, és a dobozának méreteit.
Védelem: Ha a töltőhöz szeretnénk túltöltés elleni védelmet, akkor ehhez teljesítmény-zener alkalmazását ajánljuk a kapcsolásunkhoz. A zenner diódát párhuzamosan kötjük az akkumulátorokkal:
A megvalósítást megtekintheted erre a linkre kattintva a Performance-Zener application cím alatt:
Házi készítésű Li-Ion töltő : Az eddigiekben csak Ni-Cd és Ni-Mh akkumulátorokkal foglalkoztunk. Azonban megkell említenünk a Li-Ion akkumulátorokat is. Sajnos, az ilyen akkumulátorok töltési algoritmusához nincs tapasztalatunk, így ragaszkodnunk kellett első kisérleteknél a gyári töltők megoldásaihoz (MAX712-13 chippet választottunk).A szöveg alatt a gyári megoldás sematikus ábrája, amihez mi gyári lapot készítettünk Protelben:
A töltő sémáját megtekintheted ide kattintva a Li-Ion charger with MAX712-13 chip cím alatt
Azonban ez a töltő nagyon drága, több mint 5 EUr,valamint gyári panelra van szükségünk stb.Ezért nem érdemes ezen a megoldáson gondolkozni, Ahhoz, hogy valaki ezt megvalósítsa a kiadások mellett legalább műszaki középiskolás végzettség kell hogy legyen.
A tarsolyunkban akad még egy megoldás: amelyik minden téren sokkal jobban illik a pályanmunkánk megválasztott témaköréhez.
Kiindulási elv: Umax 4.1V (3,6V-os akkuhoz), 4.2V (3,7V-os akkuhoz)
Ha a Li-Ion akkura Pl. 4,1V-ot kapcsolunk (stabilizált) egy ellenálláson keresztül (pl. 5 ohm/0,5W) akkor az akku 1 nap alatt feltöltődik. Mivel a töltési feszültség kiegyenlítődik az akku kontra elektromotoros erejével, így a töltőáram nulla lesz.
Azaz NEM tölthető túl!
A kisérletünkben a Nokia akkut használtunk egy lámpában, helyettesítettük a kínai ólom akkut (amely rossz). A rendszer duplán környezet kímélő, mert a lámpát és a Nokia akkut is újrahasznosítjuk. A lámpában lévő fehér ledek már 2,9V-on nem világítanak, ekkor újra kell tölteni, ez az akku minimum feszültsége. A mellékelt akkunál a kapacitásmérő kb. 1100mAh-t mért. A rendszer olcsó (ingyenes) és jó.A szöveg alatti ábrán látható:
Házi készítésű Li-Ion töltő
A töltőhöz szükséges sémát megtalálod a HOME-MADE Li-Ion charger cím alatt
Ha van stabilizált tápegységünk, akkor “csak” egy 5 ohm-os/0,5W-os ellenállást kössünk sorba az akkuval, állítsuk a tápot 4,2V(v. 4,1V)-ra, a többi automatikusan megy. Mikor az ampermérő nullát mutat, a töltés befejeződött.A fényképen mindkét töltő látható, az “ingyenes” 4,19V-on 29mA-t, a gyári (drága) 4,2V-on 30mA-t mutat).
Mit hoz még a ’konyhára’ ez a töltő?: Az általunk mért nem alkál szárazelemek kapacitása (20 piaci és híres cég gyártmánya) alig éri el a 0,5Ah-t. Terhelés alatt 1,2-1,3V-ot adnak. Négy ilyen elem tesz ki egy átlag alkál kapacitást, azaz 2Ah-t. Tehát nem olcsóbb a piaci, mint az alkál, csak négyszer szennyezőbb!
Végül nézzük, melyik energia mennyibe kerül?! A hálózatról kapott aktív energia 1kW kb. 10din = 1/8Euro.
Alkál elem (vagy négy nem alkál). Tudjuk, hogy Q=I*t = 2Ah, E1=U*Q=1.5*2=3Wh (U=1.5V), N=1000Wh/3Wh=333 elem. Ha 1kW-ot akarunk produkálni, az 333*40din = 13320 din = 166.5Euro, ami 1332-szer több a hálózatitól.
Ni-Cd akku – Az únióban a Cd mérgező volta miatt nem kívánatos. 10-15 évenként kell lecserélni. Ez jó!
Ni-Mh- jó töltővel 1000 töltést vagy 10 évet bír ki. Ha a kis trafó hatásfoka 0,5, a töltés hatásfoka (méréssel) 0,66=0.33à 33%. Tehát, ha 2Ah-s akkut választok, ennek a feltöltése 9-10Wh-ba kerül.
Tehát, 1 kWh-ból 100 akku feltölthető és nem szennyezzük vizeinket és környezetünket!
Végül a nemhálózati energiák közül ez a legolcsóbb!
De van egy nem tárgyalt lehetőség a NAPenergia cella, ha ezt alkalmazzuk akkor még ezt a minimális költséget is környezet kímélő módon eliminálni tudjuk.
Az akkumulátorokkal való foglalkozás és kutatás ideje elérkezett... :)
Tekintsétek meg az alábbi képeket is!
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|||||
Az oldalon megjelenített anyagot Kuti Andrea és Odry Ákos készítették el mentoruk, Tóth Dénes elektrotechnika tanár segítségével.
The homepage was created by candy
