Sandy-myrsky tarjosi BioLite-yhtiölle mahdollisuuden auttaa paikallisia, vaille sähköä jääneitä ihmisiä ja samalla saada laajaa julkisuutta omille tuotteilleen. Niinpä minäkin luin vasta nyt ensimmäistä kertaa tästä mainiosta retkikeittimestä, joka toteuttaa sähkön ja lämmön yhteistuotannon periaatetta - tosin vähän eri suhteissa kuin tyypillinen kaukolämpöä tuottava lämpävoimalaitos, mutta kuitenkin.

Kyse on siis risupolttimesta, johon on yhdistetty lämpösähkäinen generaattori eli komponentti, joka tuottaa sähköä suoraan lämpötilaerosta sotkematta asiaan mitään faasimuutoksia, paine-eroja, turbiinien liikettä ja kestomagneeteilla varustettuja generaattoreita. Tuotettu sähkövirta pyörittää sähkömoottorin avulla pientä tuuletinta, jonka ansiosta risut ja männynkävyt tulipesässä palavat mahdollisimman täydellisesti - mikä säästää biomassaa ja ennen kaikkea vähentää epätäydellisen palamisen tuottamia terveydelle haitallisia yhdisteitä.

Kun risut on saatu kunnolla syttymään, riittää sähköä USB-liittymän kautta kännykän tai vastaavan laitteen lataamiseen, tosin aika vaatimattomalla, watin tai parin teholla.

Tällainen retkikeitin on sinänsä mainio - halvempi ja kompaktimpi kuin kaasukeitin ja aurinkolaturi yhdessä. Polttoainetta ei tarvitse kuskata mukana, koska jotain poltettavaa löytyy melkein puuttomilta luodoiltakin.

Mutta oikeastaan taustalla on varsinainen maailmanparannusprojekti. Lähes puolet ihmiskunnasta kokkaa ja lämmittää yhä biomassalla, joka huonosti palaessaan pilaa sisäilman ja tiheästi asutuilla köyhillä alueilla ulkoilmankin. Avotulen käyttö on malariaa kaltainen globaali tappaja.

BioLite-yhtiöllä on isompi liesi kehitysmaiden markkinoille. Ideana on, että samalla kertaa ratkeaisi kolme ongelmaa: koska keitin polttaa puhtaasti, biomassan keräilyyn tuhrautuva aika vähenisi puoleen, hengitysilma paranisi ja sähköverkon ulkopuolellakin olisi mahdollisuus ladata kännyköitä. Matkapuhelinhan on se maailman köyhien tavanomaisin tie internetiin ja sivilisaation piiriin.

Kehitysmaiden kannalta tällaiset teknologia- ja markkinaorientoituneet ratkaisut ovat mitä kannatettavimpia. Mutta tuo rikkaiden maiden retkeilijöiden tuote ei ole vielä ihan valmis. Pitikin vähän tutkailla, mitä muuta markkinoilta löytyy.

Tällainen japanilainen kattila on olemassa erilaisia luonnonkatastrofeja varten. Kattilalla siis tehdään ruokaa millä tahansa nuotiolla tai retkikeittimellä, ja oheistuottena saadaan vähän sähköä kännykkään.

Seebeck-modulilla voi teoriassa saada sähköä joitakin prosentteja lämpötehosta. Käytännössä risukeittimen huippulämpötehot ovat useita kilowatteja. Silti BioLite saa vain watteja muutettua sähköksi. Kun ruokaa keittelee varttitunnista puoleen tuntiin, saalis jää siis hyvinkin alle wattitunnin.

Olisikohan jokin konsti parantaa hyötysuhdetta?

Minä haluaisin integroida tällaiseen laitteeseen kaasukeittimen: saisipa vähän märätkin risut palamaan, kun kaasulla auttelisi, ja tarpeen tullen voisi keittää ruoat ja tuottaa muutaman wattitunnin sähköä pelkällä kaasulla / nestemäisellä polttoaineella.

Toinen selkeä puute BioLiten retkimallissa on, ettei siihen ole tarjolla yhteensopivaa kattilaa. Kopioisivat Jetboilin idean: keittimeen lukittuva kattila, jonka luisumista alustalta ei tarvitsisi kaksin käsin estellä - varustettuna lämmönvaihtimella, joka nappaa mahdollisimman tehokkaasti kaiken lämmön talteen palavista kaasuista.

Kommentit (21)

Tiedemies

En tunne tämän tekniikkaa, enkä tarkkaan tiedä mitä elementtejä BioLiten laitteet käyttävät, mutta ymmärtääkseni termoelektrisellä sähköntuotannolla on aika huono teoreettinen hyötysuhde, siis että 10% on jo todella hyvä hyötysuhde. Tätä hyödyllisyyttä rajoittaa lisäksi se, että ulostulojännitteet ovat pieniä ja jännitteen suhde ulostuloresistanssiin on huono. Siksi niistä ei saa isoja virtoja ulos, eli kännykän lataaminen nopeasti ei oikein onnistu.

Toisaalta, termodynaamisesti ajatellen elementistä saatu sähkö on melkein ilmaista, joten koko systeemin hyötysuhde paranee dramaattisesti.

Metusalah

"En tunne tämän tekniikkaa, enkä tarkkaan tiedä mitä elementtejä BioLiten laitteet käyttävät, mutta ymmärtääkseni termoelektrisellä sähköntuotannolla on aika huono teoreettinen hyötysuhde, siis että 10% on jo todella hyvä hyötysuhde."

Tuo pitää varmasti paikkansa, mutta tässä Markon esittelemässä innovaatiossa onkin kyse lähinnä siitä, että jos kerran *joka tapauksessa* poltetaan retkikeitintä, otetaan silloin siitäkin irti kaikki se hyöty, mitä voidaan saada. Retkikeitintä ei siis kannata kehitellä ensisijaisena päämääränä sähköntuotanto.

Marko Hamilo

Hyötysuhde on siis tuossa laitteessa ja linkin japanilaisessa noin promille. Jos saisi prosentinkin, voisi jo ladata pientä läppäriä.

Tiedemies

Kuten sanoin yllä, sähkö on hyötysuhdetta ajatellen ilmaista, tai oikeastaan parempaa kuin ilmaista, koska a) se tuuletin parantaa palamisen hyötysuhdetta ja b) kuten todettua ne risut poltetaan joka tapauksessa. Termoelektristen sähköelementtien paras puoli lienee se, että niissä ei ole liikkuvia osia ja siksi systeemi on aika robusti ja menee pieneen tilaan. Onkohan tuohon hyötysuhteeseen muuten laskettu se energia, jolla sitä puhallinta pyöritetään?

Hallintoalamainen

Muistelen lukeneeni ,että Afrikkaan oltaisiin hommattu useampaakin puutapolttavaa systeemiä, mutta ne eivät yleisty koska eivät savuta ja pidä hyttysiä loitolla.

J. M. Korhonen

Olin pari vuotta sitten mukana ohjaamassa TKK:n opiskelijaprojektia, jossa tutkittiin mahdollisuutta liittää tuontyyppinen termoelektrinen generaattori esim. puolijoukkueteltan kaminaan. Suurena vaikeutena oli saada aikaan riittävä lämpötilaero "kuuman" ja "kylmän" puolen välille (muistaakseni yli 100 astetta) ja pitää elementin lämpötila mahdollisimman tasaisena - jälkimmäiseen tarvittiin suuri lämpömassa, mikä nosti painoa. Muistaakseni suuresta huipputehosta oli vain haittaa, sen rasittaessa elementtiä kohtuuttomasti.

Savutorveen asennetun proof of concept-tasoisen vekottimen tehoksi jäi 1-2 W, painoa protolla oli lähemmäs kymmenen kiloa. Jos kamiinan suunnittelisi kokonaan uusiksi tuon TEG-moduulin ehdoilla, tehoa voisi varmasti nostaa - jonkin verran - ja painoa pudottaa. Lämpömassan tarpeen vähentämisessä olennaista olisi suunnitella kamiinasta sellainen, että sen lämmöntuotto olisi melko tasaista, mikä taas asettaa omat vaatimukset esim. polttoaineelle. Todennäköisesti helpointa olisi integroida moduuli nestemäistä polttoainetta polttavaan lämpölähteeseen.

Jos tehoa halutaan lisää, kokonaisuudesta tulee vain hyvin äkkiä niin monimutkainen, että herää kysymyksiä sen hinnasta ja luotettavuudesta. Esimerkiksi tuo periaatteellinen etu - ei liikkuvia osia - häviää aika nopeasti, kun vaikkapa lisätehoa lähdetään hakemaan kylmän puolen jäähdytystä tehostamalla. Protossa tämä toteutettiin tuulettimella, joka söi suurimman osan tuotetusta sähköstä :).

Marko Hamilo

Jos keittimellä on tarkoitus keittää joka tapauksessa, vesi on coolant joka pitää kylmän puolen alle sadan.

J. M. Korhonen

Tuo olisi yksi hyvä idea. Toivottavasti joku pellepeloton tätäkin lukee :).

Riskinä voi olla se, että jos vesi syystä tai toisesta unohtuu tai loppuu, kevytrakenteinen keitin saattaa kuumentua aika paljon aika nopeasti. Marginaalit optimaalisen toimintalämpötilan ja elementtiä vaurioittavan lämpötilan välillä eivät olleet ainakaan pari vuotta sitten kovin suuria.

Mutta ehkä pitäisi siis kehittää USB-töpselillä varustettu pieni kattila?

Vettä voisi tietysti käyttää lämpömassanakin puskuroimaan esimerkiksi sitä tehopiikkiä, joka tulee, kun kamiinaan heitetään kuivia risuja. Toisaalta, jos lämpömassana on vesi, niin kovin suurta lämpötilaeroa kuuman ja kylmän puolen välille ei saada aikaan. (Ilman paineastioita.)

Muistelen, että alustavia konsepteja tehtiin esimerkiksi kaasukäyttöiseen katalyyttipolttimeen yhdistetystä TEG-generaattorista. Jos en ihan väärin muista, niin semmoisesta olisi karkean arvion mukaan saanut melko helposti ulos 10-20 W, mikä olisi jo taannoin kaavailtuun käyttötarkoitukseen melkein riittänyt. Sitten tosin pitäisi olla se katalyyttipoltin ja kaasupullot :).

Se tuossa proggiksessa tuli aika selväksi, että jos TEG-generaattori halutaan, niin se kannattaa ehdottomasti suunnitella ja optimoida yhdessä polttimen kanssa.

veivaaja

No kyllä kännykän ja läppärin lataamiseen sopii paljon paremmin käsin veivattava laite, eli käsigeneraattori. On varmuus aivan eri luokkaa, eikä tarvita edes tulitikkuja, ja tehoakin tulee ihan eri tavalla.

Kattiloita voi sitten suunnitella ihan vaan ruoanvalmistusta ynnä energiatehokkuutta sen suhteen ajatellen.

Metusalah

"No kyllä kännykän ja läppärin lataamiseen sopii paljon paremmin käsin veivattava laite, eli käsigeneraattori."

Japanilaiset ovat valmistaneet kehitysmaihin vieterillä toimivia matkaradioita ja taskulamppuja ainakin parikymmenen vuoden ajan. Näissä versioissa vieterivetoinen generaattori kuuluu laitteeseen sisään rakennettuna komponenttina.
Kännykkäinnovaatioista muistan ainakin Nokialla olevan puhelinmallin, joka latautuu aurinkokennoilla. Tätä laitetta markkinoitiin muistaakseni lähinnä Saudi-Arabiaan ym. öljymaihin, eli aurinkokennopuhelin lienee melko kallis ostajalleen.

Marko Hamilo

Aurinkolaturilla ja akulla varustetun vaihtokuoren saa iPhoneen muutamalla kympillä. Mutta keskipäivän auringossakin tuotto jää johonkin muutamaan sataan milliwattiin.

Raimo Lehtonen

Hyötysuhde nykyisillä aurinkokennoilla on jo niin hyvä, että tuollainen kännykän kokoinen aurinkolaturi voisi jo toimia aivan kiitettävästi. Kirjan kokoinen ja painoinen latausasemakaan ei ole mahdottoman raskas mukana kuljetettava. Sähköä tuottava retkikeitin on ideana hieno, mutta vaatii vielä hurjasti kehittämistä ennen kuin sellainen löytyy jokaisen retkeilijän repusta.

höpö

tota öö mihin tarvitaan kriisitilanteessa kännykkää tahi läppäriä??? todennäkösesti kun energia katkiaa niin ei mene pitkään kun linkkimastojen varavoimalat on nurin ja känny yhteydet ei toimi saatikka mokkulat.
kriisitilanteessa on parempi olla radio käytettävissä vaikka sekin on linkkimastojen takana mutta radio yhteys on varmin tapa kuunnella hätä tiedotuksia ja lopuksi radioamatöörit astuu yleensä kuvioon viimetipassa koska joillain amatööreillä on taattu sähkösaanti yhteyksien pitämiseen

Raimo Lehtonen

höpölle

Olet täsmälleen oikeassa, jo viieisten myrskyjen aikaan ei kännykällä ollut käyttöä moneen päivään. Pieni rigi, teholtaan vaikkapa kymmenkunta wattia, on ehdottomasti kännykkää parempi tositilanteessa.

Jani Sepponen

Onneksi sait tällä kertaa kerrottua aiheellisesta asiasta ilman, että olisit aasinsilloittanut aiheen "pahan ihmisen aiheuttamaan globaalin ilmaston lämpenemiseen". Oman uskomuksen julistaminen, vaikka se olisikin puettu kvasikääreisiin , ei ajan mittaan todellakaan vakuuta lukijoita. Ei varsinkaan TM:ssa.

Mutta kaikkea muuta tuotostasi mielenkiinnolla seuraten. Tsemppiä!

Metusalah

Minkä vuoksi tällaiseenkin keskusteluun pitää vetää mukaan äärimmäiset kriisiolosuhteet? Jos Euroopassa (ja maailmassa) puhkeaa kunnon rähinät, Suomenkin tietoliikenneyhteydet ja sähkönjakelu tuhotaan parissa päivässä muutamilla risteilyohjuksilla. Mitä väliä sen jälkeen on enää millään?

materiaalimies

Itsekin pidän termosähköisiä materiaaleja mielenkiintoisempana esim. hukkalämmön hyötykäytön kuin
ääriolosuhteissa selvitymisen kannalta. Toki niille löytyy myös paljon eksoottisempiakin sovelluksia (avaruustekniikassa yms).
Suomessa ei olisi kovinkaan vaikeaa pitää termosähköisen piirin kylmää päätä nollan celsiuksen tietämillä. Jäähdytysainetta saa vuosittain ilmaiseksi ja ihan riesaksi asti. Joku sahanpurulla päällystetty ja lumella täytetty iso kuoppa pysyisi kylmänä varsin pitkään. Hyvin suunniteltuna ehkä läpi kesän ja seuraavaan talveen asti. Itse termosähköiset materiaalit ovat vielä hyötysuhteeltaan heikkoja, mutta parempaan päin ollaan oltu menossa. Tämä ei kuitenkaan ole ongelma, jos materiaalit vain olisivat riittävän halpoja. Tehokkaimmat yhdistemateriaalit tosin ovat ainakin toistaiseksi pääasissa myös myrkyllisiä.

JM Korhonen: Tunnut olevan alalla, niin satutko tietämään onko tätä meidän järkyttävän suuren kylmävaraston hyötykäyttöä mietitty? Onhan tässä tosin sekin, että kylmän pään lämpötilan laskeminen muutamia kymmeniä asteita ei ole vielä mikään suuri parannus hyötysuhteeseen.

Raimo Lehtonen

Itse asiassa kaikki lämpövoimakoneet perustuvat lämpötilaeroon. Termopari on vain eräs sovellutus samasta asiasta ja valitettavasti omaa varsin huonon hyötysuhteen. Plussana toki on se, ettei siinä ole yhtään liikkuvaa osaa. Nykyisellään termopari on vain jäänyt hyvin vähäiselle käytölle juuri tuon huonon hyötysuhteen vuoksi. Käytössä se toki silti on useissa sovelluksissa. Varsinaisena energian tuottajana riittävän tehoinen laite on vääjäämättä myös raskas kuljetettavaksi. Hellassa on mahdollista käyttää jätelämpö hyödyksi, jolloin hyötysuhteen merkitys vähenee. Kannettavaksi tehonlähteeksi ei siitä nykyisellään siis vielä ole, valitsisin sensijaan vaikkapa pienen polttokennon, joka omaa muuten samat edut, paitsi että se on kevyempi, mutta valitettavasti myös valikoivampi polttoaineen suhteen. Vety ei toki ole raskasta kuljettaa mukana, mutta nykyiset polttokennot voidaan jo tehdä metanolille tai propaanillekin, viimeksi mainittua myydään pikku pulloissa retkikeitintä varten.

Ilmiönä sinänsä termopari on mielenkiintoinen ja kannattaa varmasti kehittää edelleenkin, onhan sillä oma käyttöalueensa.

Seuraa 

Skeptikon päiväkirja

Blogin päivittäminen on päättynyt.

Marko Hamilo on vapaa toimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja. Hamilo ei usko homeopatiaan eikä psykoanalyysiin, eikä aina aamun sanomalehteenkään.

Teemat

Blogiarkisto

2010
2009