Veel energie opwekken met kleine actuatoren

Stel je eens voor: kleding die je smartwatch oplaadt terwijl je loopt, gebouwen die trillen in de wind en de verlichting van stroom voorzien, een weg die energie haalt uit de wrijving die van bewegende auto’s, en flexibele structuren die van vorm veranderen in oceaangolven om schone elektriciteit op te wekken. Dit is geen sciencefiction meer: het eerste patent is aangevraagd.

Op een dag zouden we allerlei natuurlijk voorkomende energiebronnen kunnen benutten dankzij een nieuw technologiedomein: distributed embedded energy converter technologies (Deec-Tec).

Het eerste patent is vergeven voor toepassingen in hernieuwbare mariene energie: schone stroom opgewekt uit oceaan- en riviergolven, stromingen en getijden. Maar Deec-Tec zou uiteindelijk bronnen van alledaagse energie, inclusief bijna alle fysieke bewegingen of dynamische vormveranderingen, kunnen omzetten in elektriciteit of andere vormen van bruikbare energie.

“Het Deec-Tec-domein heeft poten en groeit”, zegt Blake Boren, senior engineer bij het Amerikaanse National Renewable Energy Laboratory (NREL) en de hoofduitvinder van het patent, samen met Jochem Weber, hoofdingenieur voor het waterkrachtprogramma van NREL. Deec-Tec heeft misschien wel de benen om gebouwen, kleding en wegen in te trekken, maar het begint in de oceaan. “Het patent laat zien dat we momentum winnen in een vruchtbaar onderzoeksgebied”, zei Boren.

Dus, hoe werkt dit veelbelovende Deec-Tec-domein eigenlijk?

Stel je een zeeslang voor. Die slang kan zwemmen dankzij een ingewikkelde samenwerking tussen zijn vele buigzame spiercellen. In het Deec-Tec-domein werken individuele energieomzetters samen, zoals spiercellen, om een ​​grotere structuur te creëren, net als de zeeslang. De meeste apparaten gebruiken één generator om oceaanenergie om te zetten in bruikbare, schone en hernieuwbare energiebronnen, waaronder elektriciteit. Maar Deec-Tec verzamelt zijn vele kleine omvormers om één grotere, vaak flexibele energieomvormer te vormen.

Gecombineerd kunnen deze kleine energieomzetters de basis vormen van stoffen, schotten, constructies en meer, en een reeks op Deec-Tec gebaseerde energieconversiestructuren bouwen. De op Deec-Tec gebaseerde golfenergieconverters kunnen er bijvoorbeeld uitzien als ballonnen die samentrekken en uitzetten, slangen die golven of peddels die draaien en buigen om oceaangolfenergie te benutten.

Deze aanpasbare ballonnen, slangen en peddels kunnen grote voordelen bieden. Flexibele golfenergieomzetters (flexible wave energy converters; flexWEC’s) kunnen golven in hun hele structuur benutten en omzetten in bruikbare energie. Dus ongeacht waar of hoe golfenergie interageert met de structuur van een apparaat, er zullen energieomzetters zijn om die golf in kracht om te zetten.

Omdat flexWecs de oceaangolfenergie niet concentreren in een enkelvoudige energieomzetter (zoals een roterende generator of hydraulische zuigercilinder) of een krachtoverbrengingssysteem (zoals een aandrijfas of versnellingsbak), vermijden ze de opeenhoping van oceaangolfkrachten die de machine mogelijk zouden kunnen uitschakelen of beschadigen. Andere golfenergieomzetters gebruiken vaak grote stalen frames om hun stijve lichamen te beschermen tegen de krachten van de oceaan, maar die frames kunnen duur en zwaar zijn. In plaats daarvan kunnen flexWecs meebewegen met de stroom.

De frames van flexWecs kunnen hen ook in staat stellen om energie te benutten van een veel groter aantal oceaanlocaties en golfenergiefrequenties. “Op een dag zouden er op Deec-Tec gebaseerde mariene hernieuwbare energieboerderijen kunnen zijn”, zegt Boren.

De flexibele archetypen van Deec-Tec kunnen bovendien een bijzonder kosteneffectieve manier zijn om golfenergie te benutten. Omdat flexWecs veel meer dan één energieomzetter hosten, hebben ze mogelijk minder vaak onderhoud nodig; als een kleine groep kleine converters moet worden gerepareerd en alle andere nog werken, hoef je er nog niet naar toe.

FlexWecs kunnen ook worden gebouwd met duurzamere, kosteneffectievere materialen, waardoor ze gemakkelijker te installeren en te bedienen zijn als ze eenmaal in de oceaan zijn. Meer controle zou kunnen leiden tot een verhoogde energieproductie, waardoor operators zich kunnen aanpassen aan veranderende oceaanomstandigheden om de grootste hoeveelheid potentiële energie te benutten.

Omdat het Deec-Tec-domein nog relatief nieuw is, werken Boren en zijn team er hard aan om te onderzoeken hoe deze technologieën precies een nieuwe generatie mariene energie-apparaten of andere energieopwekkende materialen kunnen creëren. Het recente patent geeft meer zekerheid over wat Deec-Tec zou kunnen worden.