Energie uit regendruppels

Stromend water kan bij contact met bepaalde oppervlakken lading opnemen of verliezen. Onderzoekers hebben met dit fenomeen elektriciteit opgewekt uit regendruppels die door een buis bewegen. Ze demonstreren een nieuw type stroming dat genoeg energie produceert om een aantal Led-lampjes te laten branden.

“Water dat door een verticale buis valt, genereert een aanzienlijke hoeveelheid elektriciteit via een specifiek stromingspatroon: plug flow,” zegt Siowling Soh, de hoofdauteur van de studie. “Dit patroon zou het mogelijk kunnen maken om regenenergie op te vangen en om te zetten in schone en hernieuwbare stroom.”

Wanneer twee materialen met elkaar in contact komen, kunnen geladen deeltjes op hun oppervlakken van lading veranderen — zoals bij het opwekken van statische elektriciteit door een ballon over de huid te wrijven. Het benutten van de ladingenscheiding die ontstaat als water langs een geleidende binnenwand stroomt, was tot nu toe erg inefficiënt, omdat de lading alleen op het contactoppervlak ontstaat. Eerdere pogingen om dit efficiënter te maken richtten zich op het vergroten van het contactoppervlak door het water door micro- of nano-kanalen te leiden. Dit bleek echter onpraktisch, omdat water van nature niet gemakkelijk door zulke kleine kanalen stroomt, en pompen kost meer energie dan het oplevert.

Daarom wilden Soh, Chi Kit Ao en hun collega’s een methode ontwikkelen waarbij grotere kanalen worden gebruikt — groot genoeg voor regenwater.

Plug flow

Het team ontwierp een eenvoudige opstelling waarbij water via een metalen naald uit de onderkant van een toren viel en als regendruppels terechtkwam in de opening van een 32 centimeter hoge en 2 millimeter brede verticale polymeerbuis. De druppels botsten bovenin de buis frontaal, waardoor een zogenaamd ‘plug flow’-patroon ontstond: korte waterkolommen, afgewisseld met luchtbellen. Terwijl deze kolommen naar beneden bewogen, vond ladingenscheiding plaats. Het water werd onderaan opgevangen in een bekertje. Elektroden aan de bovenkant van de buis en in het bekertje verzamelden de opgewekte stroom.

Het plug flow-systeem wist meer dan 10% van de energie van het vallende water om te zetten in elektriciteit. Vergeleken met een continue waterstroom leverde het maar liefst 100.000 keer (5 ordes van grootte) meer elektriciteit op. Omdat de geteste druppels langzamer vielen dan echte regendruppels, denken de onderzoekers dat dit systeem potentieel geschikt is om elektriciteit uit regenval op te wekken.

Praktisch gebruik en schaalbaarheid

In een andere proef ontdekten de onderzoekers dat stromend water door twee buizen tegelijk of na elkaar dubbel zoveel energie opleverde. Door dit principe toe te passen op vier parallelle buizen, slaagden ze erin om 12 Led-lampjes gedurende 20 seconden continu van stroom te voorzien.

Volgens de onderzoekers kan plug flow-energie eenvoudiger te installeren en te onderhouden zijn dan traditionele waterkrachtcentrales. Bovendien zou het handig kunnen zijn voor stedelijke omgevingen, zoals op daken — waar regenwater volop beschikbaar is en energiebehoefte vaak lokaal is.