能源模块3——创新技术
废热利用
高温废热：
借助朗肯循环，废热可以将工作流体（水或有机液体）转化为高压气态蒸汽，推动涡轮机进行发电，使用有机溶剂作为工作流体，可以将废热利用的温度进一步降低，提升废热利用率。并且还可以借助塞贝克效应，导电材料两段存在温差时会产生电动势，这就允许我们制造相关的热电发动机
低温废热：
低温时利用废热能力很低，但是我们可以使用形状记忆合金吸收低温废热，将热能转化为机械能，并进一步转化为电能
https://authors.library.caltech.edu/56961/2/Kim-SM.pdf
https://www.exergyn.com/technology/
利用压电陶瓷与竹子的摆动发电
压电陶瓷由具有压电特性的特殊材料构成，其中，常见的压电陶瓷大多是由多晶体锆钛酸铅（简称：PZT）构成的。一块有电极、经过极化处理的压电陶瓷，如果在它的上面施加力，那么陶瓷片就会产生形变，材料体内之电偶极矩会因压缩而变短，此时压电材料为抵抗这变化会在材料相对的表面上产生等量正负电荷，以保持原状，这会产生电效应，这种由于形变而产生电效应，称为正压电效应。
利用压电陶瓷，可以在有压力变化时，将机械能转化为电能，进行发电。
在竺托邦内部的部分绿化处种植粉单竹，其径约5cm，秆高3--7m，高度适中，既不超过楼层高度，也能在风吹动下产生一定的摆动幅度。粉单竹在中国主要分布区域有两广、福建及湖南等，比较适于在竺托邦所处的环境中生长。
在种植粉单竹的绿化处地下铺有多块由锆钛酸铅构成的压电陶瓷，其上铺有疏松肥沃的土壤，并以株行距15厘米×40厘米种植粉单竹。在风吹过时，会使竹子随风摆动，通过其广泛的根系作用于土壤，使其在不同位置产生的压力发生变化，该压力作用到压电陶瓷上，由于压电效应，其可以产生的电能。在白天，将电能通过电线汇集后存储到附近的小型蓄电池内，在夜间，蓄电池则将电能输出给附近的路灯辅助供给夜间照明。
图片来源：
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A3%93%E9%9B%BB%E6%95%88%E6%87%89
http://staff.ustc.edu.cn/~bjye/em/student/2019S/2019S-02-03.pdf
转基因发光植物
从真菌中提取出荧光素酶等荧光相关基因，通过基因编辑的方式整合到植物的基因组内，得到可遗传的植物荧光基因。该途径利用咖啡酸（一种植物体内正常代谢会产生的中间体）作为原料，无需额外添加外源物质激发荧光。产生的荧光强度足以照亮周围环境并在黑暗中清晰地可视化文字，为肉眼提供可持续和生物可再生的照明。该方法的优点是广谱性强，可以在多种植物常见植物中（例如常用道路植物杨树）表达，不局限于模式植物烟草。而且转基因表达稳定，不需要实验室环境即可正常生长。使用的发光前体底物咖啡酸和hispidin是水溶性的，细胞可吸收的，在植物和动物细胞中毒性低，是减少碳足迹的潜在绿色能源。
采用荧光植物进行夜晚道路照明可以节约这部分的电能，同时营造浪漫夜景，为居民提供放松身心的景色。
[1] Zheng, P., Ge, J., Ji, J., Zhong, J., Chen, H., Luo, D., Li, W., Bi, B., Ma, Y., Tong, W., Han, L., Ma, S., Zhang, Y., Wu, J., Zhao, Y., Pan, R., Fan, P., Lu, M. and Du, H. (2023), Metabolic engineering and mechanical investigation of enhanced plant autoluminescence. Plant Biotechnol. J, 21: 1671-1681. https://doi.org/10.1111/pbi.14068
[2] https://www.sohu.com/a/298567589_266055
[3] Mitiouchkina, T., Mishin, A.S., Somermeyer, L.G. et al. Plants with genetically encoded autoluminescence. Nat Biotechnol 38, 944–946 (2020). https://doi.org/10.1038/s41587-020-0500-9
健身器材发电用于装饰性灯光
在健身器材的相应部位(如跑步机的滚轴、单车的踏板等)内置线圈和永磁体。当用户使用健身器材进行锻炼时，线圈与永磁体产生相对运动，根据电磁感应原理产生电流。
产生的电能通过整流电路转换为直流电，并储存在电容器或小型锂电池中。这些储能设备被设计为快速充放电，以适应健身活动的不连续性。
智能控制系统：系统配各微处理器，监测储能状态并白动调节灯光亮度，确保电能的有效利用。用户可以通过触摸屏或手机 APP 设定灯光模式，如动态色彩变化、呼吸灯效等，增加健身过程的趣味性和个性化体验。
基于健身器材发电的电能收集研究--中国期刊网（www.chinaqking.com/yc/2020/2288625.html）
在广场区利用脚步能量
地面铺设的智能瓷砖使用所谓的混合黑匣子技术将脚步能量转化为电能，电能要么存储在电池中，要么直接馈送到设备中。典型的瓷砖由回收聚合物制成踩踏一块瓷砖五毫米会产生一到七瓦的功率。这些瓷砖通过混合机制发电，包括压电效应（对石英等晶体施加压力时产生的电荷）和电磁感应（使用铜线圈和磁铁）。系统每脚步产生约 3 焦耳的能量，或者在行走时产生高达 5 瓦的功率，足以为环境传感器、LED 照明和屏幕等应用提供动力，并可存储在电池中。
开创性的动能技术照亮了竺托邦标志性的议会广场，将可持续发展融入生活。由于我们的目标是变得更环保、更可持续，我们的装置展示了一系列旨在符合 ESG 目标的产品和解决方案，为游客创造身临其境、引人入胜的体验。
竺托邦寻求提升其对可持续发展的承诺，旨在将其繁华的环境转变为环境责任的活生生的见证。我们面临的挑战是找到一种创新且具有视觉吸引力的方式，向每天经过该中心的数千名居民传达这一承诺。
我们的所有动态产品（包括新的 Walk to Light 地板）的集成平台吸引了竺托邦居民的注意力。访客可以通过脚步的力量访问一系列引人入胜的应用程序：
- 智能USB充电凳
- 绿墙灌溉
- 新型超低能耗电子墨水显示器
- 互动LED照明
每个应用程序均 100% 由脚步动能驱动，将游憩体验转变为居民的互动之旅，同时也展示了竺托邦致力于将可持续解决方案纳入其基础设施的决心。
（参考：pavegen.com）
能源创新与移民特征
本次竺托邦接受的移民特征为：大多数为女性，老龄人口略多，全体移民基本来自于贫困地区，整体上健康情况良好。从性别上与年龄上来讲，其相关特征表示这些人会有一些特异化的需求，在这一方面，与竺托邦原先居民并无显著差异，本次移民特征中，与竺托邦原先居民区别最为鲜明的，是其贫困问题。
基于竺托邦的内部分析与讨论，移民的贫困特征并不意味着要把这些人与粗鄙狡猾、游手好闲等特征划为对等。从事实上来讲，这些人是经济衰退和国际形势变坏大局势下的不幸之人，原先世界的高层与上层精英在如此环境下尚拥有较高质量的生活，是因为其有和这些移民一样的群众在被迫“供血”，更恶劣的社会环境与更激烈的剥削使这些人由原先还算充裕的小康生活，跌入贫困艰苦的境遇，这正如同旧世界逐渐恶化的环境般，因为一些人的个人利益而被过度的开采、破坏。这些人不能因贫穷而被称为是低劣的，他们是被世界抛弃的可怜人，而其有勇气冲破阻碍来尝试进入这个新世界，我们不能说要随意地抛弃他们。
在本次能源创新中，我们同样贯彻了可持续发展的环保理念，具体表现为：我们并为放弃对一些零散的能源的利用。纵使核能、水能等能源是供能之中的绝对大头，我们仍在尝试去利用分散于世界内部各种形式能源，将其纳入总体的能源供给之中，这是我们对能源的利用理念。这与我们对待这些移民的理念是相同的，纵使这些人与竺托邦原先居民不同——他们并未经过针对新世界的遴选，我们仍要接纳这些来自于旧世界的人，无论其能力的强或弱。在对其进行必要的教育和培养后，这些人将逐渐融入竺托邦之中。
