Przekształcanie marnowanego ciepła i drgań w zieloną energię
Zawsze, gdy chodzimy lub biegamy, wytwarzamy energię. „Z każdym krokiem wywieramy nacisk zarówno na podłoże, jak i na podeszwy naszych butów, co z kolei wywołuje drobne drgania, które wytwarzają energię”, mówi Cintia Mateo Mateo, starsza badaczka zaawansowanych materiałów z Centrum Technologii AIMEN. Zdaniem Mateo to zjawisko piezoelektryczne może być wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej. Niestety całą tę energię spisujemy obecnie na straty. Podobnie, w energię elektryczną można przekształcać różnicę temperatur wytwarzanych przez ciało podczas ćwiczeń. Brak odpowiednich materiałów termoelektrycznych sprawia jednak, że i ta energia jest marnowana. Wkrótce może się to zmienić, częściowo dzięki systemom pozyskiwania energii, które zespół AIMEN opracowuje przy wsparciu finansowanego przez UE projektu InComEss.
Wytwarzanie zielonej energii z drgań mechanicznych i ciepła odpadowego
Projekt zakładał zademonstrowanie, w jaki sposób urządzenia piezoelektryczne i termoelektryczne mogą być wykorzystywane do zbierania dostępnych drgań mechanicznych lub różnic temperatur i wykorzystywania ich do wytwarzania zielonej energii do zasilania bezprzewodowych sieci czujnikowych (WSN). Bez obaw – zespół nie ma zamiaru podłączać takich urządzeń do ludzi i zamieniać nas w produkujące energię chomiki. „Skupiliśmy się na pozyskiwaniu i magazynowaniu energii z drgań i ciepła odpadowego wytwarzanego w sektorze motoryzacyjnym i lotniczym”, wyjaśnia Mateo, która pełniła funkcję koordynatorki projektu. Przykładowo, w jednym ze studiów przypadku generator termoelektryczny podłączono do układu wydechowego pojazdu, aby mógł wytwarzać energię elektryczną z różnicy temperatur spowodowanej rozpoczęciem jazdy. „Wykorzystując zebraną energię, byliśmy w stanie monitorować poziom paliwa w pojeździe co 1,5-2 minuty, w zależności od warunków jazdy i przepływu spalin”, dodaje Mateo. Jeśli chodzi o scenariusz dotyczący lotnictwa, w ramach projektu połączono generator piezoelektryczny i termoelektryczny ze skrzydłami samolotu. System przekształca zarówno drgania, jak i różnice temperatur występujące w skrzydle w energię elektryczną, która może być wykorzystywana do przesyłania co kilka minut danych do platformy Internetu rzeczy (IoT).
Za mało ilość energii do zasilania węzłów czujników bezprzewodowych
Chociaż prototypy pozwalały wytwarzać energię elektryczną z drgań mechanicznych lub termicznego ciepła odpadowego, jej ilość nie była wystarczająca do pełnego zasilania sieci WSN. „Nie chcąc zmarnować okazji, postanowiliśmy wykorzystać nasze studia przypadków, aby udowodnić działanie między innymi obwodu kondycjonera, superkondensatorów magazynujących, bezprzewodowej komunikacji czujników i platform IoT”, tłumaczy Mateo. Naukowcy wykazali w tym przypadku, że po zintegrowaniu z obwodem kondycjonera i generatorami superkondensatory pozwalają magazynować zebraną energię. Udowodnili również zdolność opracowanego obwodu kondycjonowania mocy do zwiększenia sprawności przesyłu energii między generatorami a elektroniką końcową.
Kamień węgielny przyszłych systemów pozyskiwania energii
Chociaż potrzeba jeszcze dużo więcej pracy, rozwiązania opracowane w projekcie InComEss stanowią kamień węgielny, na którym będą budowane przyszłe systemy pozyskiwania energii. „Dzięki pomyślnej demonstracji możliwości wykorzystania systemów pozyskiwania energii do zasilania bezprzewodowych węzłów czujników udało nam się nie tylko rozwinąć rynki czujników i IoT, ale także wesprzeć transformację energetyczną”, dodaje Mateo. Badacze planują nie tylko dalsze ulepszenie generatorów energii, ale także wykorzystanie ich do zasilania szeregu czujników o niskim zużyciu energii.
Słowa kluczowe
InComEss, ciepło, zielona energia, zielona energia elektryczna, energia, pozyskiwanie energii, drgania mechaniczne, termiczne ciepło odpadowe, piezoelektryczne, urządzenia, urządzenia termoelektryczne, bezprzewodowe sieci czujnikowe
