211service.com
Kracht oogsten uit de oceaan
Onderzoekers van SRI Internationaal , gevestigd in Menlo Park, CA, heeft onlangs de eerste oceaantests voltooid van een systeem dat een zogenaamde kunstmatige spier gebruikt om kracht te genereren uit de beweging van een boei die op en neer op de golven rijdt. Hoewel het prototype heel weinig elektriciteit produceert, zeggen de onderzoekers dat golfmolenparken op basis van de technologie uiteindelijk kunnen wedijveren met windturbines in vermogen, wat een belangrijke bron van schone energie oplevert.
golf kracht: Een boei die elektriciteit opwekt uit de beweging van golven. De doorzichtige cilinder in het midden van de boei (zie onderste afbeelding) bevat een rol rubberachtig materiaal dat uitrekt en samentrekt als de boei op en neer dobbert, waarbij de elektroden worden gescheiden en samengebracht.
Technologie voor het benutten van de energie van de oceaan bestaat al, maar is nog niet algemeen toegepast, voornamelijk omdat het moeite heeft om het beuken van de golven te weerstaan. Het nieuwe systeem zou zowel goedkoper als betrouwbaarder kunnen zijn, zeggen de onderzoekers.
Eerdere systemen gebruikten meer conventionele elektromagnetische apparaten, zoals dynamo's met complexe transmissies, hydraulische zuigers en turbines. Vooral de tandwielen van een transmissie zijn kwetsbaar voor slijtage door de grillige golfslag van de oceaan.
Het SRI-systeem daarentegen is niet veel meer dan een stuk rubber dat aan een gewicht is bevestigd. Het heeft de mechanische complexiteit van een rubberen band, zegt SRI senior onderzoeker Roy Kornbluh. Daardoor is het beter in staat om de schok van golven op te vangen, zegt Joseph Bar-Cohen , een senior onderzoekswetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory, in Pasadena, CA. Bovendien, voegt Bar-Cohen toe, zijn de materialen waaruit het systeem is gemaakt goedkoop, wat het zou kunnen helpen om in prijs te concurreren met andere bronnen van elektriciteit.
multimedia
Video: Power Boei
Het op polymeren gebaseerde systeem in het hart van de nieuwe generator is een variatie op een kunstmatige spier - een apparaat dat is ontwikkeld als alternatief voor elektromotoren in toepassingen zoals robots. Een kunstmatige spier zal uitzetten of samentrekken wanneer er spanning op wordt gezet, maar hetzelfde proces kan omgekeerd werken: als de spier wordt uitgerekt door een kracht van buitenaf, kan deze elektriciteit opwekken. Een paar jaar geleden ontwikkelde SRI een klein apparaatje dat, ingebed in de hak van een schoen, de drager in staat stelde een mobiele telefoon op te laden door simpelweg te lopen. Het golfoogstsysteem is in feite een grotere versie van dezelfde technologie.
De SRI-onderzoekers bouwden hun generator door een in de handel verkrijgbaar rubberachtig materiaal tussen twee elektroden te plaatsen, die zelf zijn gemaakt van een vettig polymeer dat geleidende materialen bevat. Het rubberen vel en de elektroden worden vervolgens opgerold, als een rol, om een holle buis te vormen. Wanneer aan de buis wordt getrokken door een kracht van buitenaf, wordt de rubberen laag dun uitgerekt, waardoor de opening tussen de elektroden kleiner wordt. Aanvankelijk legt een kleine batterij een spanning over de elektroden; wanneer het rubber terugveert in zijn oorspronkelijke vorm, dwingt het de elektroden uit elkaar, waardoor de spanning ertussen toeneemt. Deze overtollige energie kan worden overgeheveld om een stroom op te wekken. Een deel van die stroom wordt teruggevoerd naar het systeem, dus de batterij wordt alleen voor de eerste cyclus gebruikt.
De onderzoekers testten het systeem onlangs voor de kust van Florida. Een paar vierkante meter rubber dat in de vorm van een holle buis was gerold, werd aan een gewicht bevestigd en in het midden van een boei gemonteerd. Terwijl de boei in het water dobbert, zorgt het ervoor dat het gewicht stijgt en daalt, waardoor het rubber herhaaldelijk wordt uitgerekt en terugkaatst, waardoor elektriciteit wordt opgewekt.
Tot nu toe produceert dit prototype slechts ongeveer vijf watt vermogen - genoeg voor een kleine gloeilamp. Maar omdat het rubber dun is - ongeveer 0,1 millimeter dik - is het mogelijk om er veel meer van op te rollen en toch in dezelfde boei te passen. Een bundel rubber van ongeveer een meter lang en een halve meter dik, met geoptimaliseerde elektronica en een verbeterd boeiontwerp, zou een kilowatt elektriciteit kunnen opwekken, zegt Kornbluh. Een reeks boeien of grotere drijvende constructies kan dan aanzienlijke hoeveelheden elektriciteit opwekken. (Duizend boeien kunnen ongeveer 750 huizen van stroom voorzien.) Een alternatief ontwerp kan bestaan uit ondergedompelde rubberplaten die stroom opwekken als de kracht van stromingen of getijden ze heen en weer doet klappen. Zo'n systeem zou wel eens veerkrachtiger kunnen zijn dan de recentelijk in de East River in New York gebruikte turbines: hun mechanische onderdelen bleken niet bestand tegen de getijdenkrachten.
Het SRI-systeem produceert hoge spanningen, in het bereik van een kilovolt. Dat was een probleem voor de schoenengenerator, die een transformator nodig had om de spanning voldoende te verlagen zodat mobiele telefoons en andere apparaten niet zouden worden gefrituurd, maar toch in een schoen moest passen. Maar voor de boeientoepassing is hoogspanning een voordeel, omdat het efficiënter is om elektriciteit langs onderwaterkabels terug naar de kust te transporteren. De belangrijkste uitdaging voor de toekomst, zeggen de onderzoekers, is het ontwikkelen van een betrouwbaar productieproces. Hun recente tests van het systeem onderstreepten ook het belang van het ontwerpen van nieuwe boeien die op de beste manier op golven reageren om stroom op te wekken. En ze zullen elektronica moeten ontwerpen die, door de spanning over het polymeer te variëren, de stijfheid van het systeem kan aanpassen aan verschillende weersomstandigheden.
De eerste commerciële toepassingen van het systeem zullen waarschijnlijk zijn in systemen voor het aandrijven van navigatie, communicatie en sensorboeien, en deze zouden binnen twee jaar kunnen komen, schat Kornbluh. Maar het kan vijf tot tien jaar duren voordat het systeem kan worden opgevoerd voor grootschalige elektriciteitsopwekking.
Het is heel spannend, zegt Ray Baughman , een professor in de chemie aan de Universiteit van Texas in Dallas. Het is een veelbelovende richting voor het oogsten van energie, niet alleen voor apparaten op afstand in de oceaan, maar misschien ook voor het op grotere schaal oogsten van energie.