Er zit elektriciteit in de lucht
(en in het water)
Audi Magazine
De ontwikkeling van elektrische vervoersmiddelen – van auto’s tot fietsen en scooters – verandert voortdurend onze energiebehoeften. Dankzij innovatieve technologische oplossingen, slagen onderzoekers en ingenieurs erin om elektriciteit te halen uit de meest onverwachte hoeken: uit water en zelfs … uit de lucht.
Toenemende kracht
Elektriciteit is overal om ons heen, als een verborgen schat. Een bijna onuitputtelijke energie die ontspringt uit beweging: van de wind in de wieken van windturbines, van ingedamde rivieren, van elektronen van zonnepanelen waarop de zon schijnt, van de dynamo’s in kerncentrales of thermische centrales. Energie is essentieel voor onze levensstijl en ze is nog waardevoller wanneer we ons kunnen bevrijden van fossiele brandstoffen en de focus leggen op natuurlijke, hernieuwbare en duurzame bronnen.
Heel wat onderzoekers en uitvinders gingen vroeger de alchemistische toer op en dachten dat ze energie uit de wildste hoeken konden halen: uit het rollen van de golven, of uit mini-ontladingen tussen de watermoleculen in onze atmosfeer. In dit tijdperk van elektrische mobiliteit en energietransitie worden hun dromen werkelijkheid. Ze schetsen een veelbelovende toekomst, gedreven door technologie en de magie van een paar onverwachte ontdekkingen.
Een flits van genialiteit
“Het gebeurde bijna per ongeluk”, zegt professor Jun Yao. Vijf jaar geleden slaagde zijn team in een laboratorium aan de Universiteit van Massachusetts in een van de oudste uitdagingen uit de natuurkunde: elektriciteit uit lucht halen. Maar niet met opzet. “We wilden eigenlijk een eenvoudige vochtigheidssensor maken. Om de een of andere reden vergat de student die aan de sensor werkte de stekker in het stopcontact te steken, maar de sensor bleef desondanks elektrische signalen produceren.” Na analyse bleek dat de watermoleculen de nanogeleiders van het apparaat konden binnendringen, de wanden raakten en elektrische micro-ontladingen produceerden.
“Het lijkt een beetje op een batterij”, legt Yao uit. “Je hebt een positieve en negatieve tractie en als je die verbindt, circuleert de lading.” Nu het proces in de praktijk is gebracht, is het mogelijk om een soort plaat te maken die in staat is om omgevingsvocht om te zetten in elektrische stroom en die al kleine apparatuur van stroom kan voorzien. Het potentieel van deze uitvinding zou een revolutie kunnen teweegbrengen in onze energieproductie.
Een kwestie van schaal
De exploitatie van elektriciteit in kleine hoeveelheden stootte altijd op het probleem van de kinetische weerstand. Ofwel: bij de overdracht gaat heel wat van de energie die je opwekt ook weer verloren. Het meest voor de hand liggende voorbeeld is dat van de ‘knijpkat’ zaklamp. Je moet al hard pompen om een resultaat te bereiken dat vaak teleurstellend is – en dat voor een zeer beperkte brandtijd. De verliezen en wrijving die gepaard gaan met mechanische overdracht reduceren de winst in elektrisch vermogen tot bijna niets.
Dat is geen probleem voor de Amerikaanse start-up Wavr uit Hawaï. Zij ontwierpen de Prime Movr, een revolutionaire generator die kinetische energie kan omzetten in elektriciteit bij lage snelheden – en dat zonder de complexiteit of mechanische verliezen die een tandwielkast met zich meebrengt. De rotatieas van Prime Movr staat loodrecht op het zwaartekrachtveld. Wanneer de magneet wordt opgetild, beweegt die langs een bepaalde baan. Zo ontstaat vervolgens een bewegend magnetisch veld waarvan de snelheid groter is dan de draaisnelheid van de rotor. Vergeleken met een traditionele dynamo induceert deze sneller bewegende magneet meer stroom in de aangrenzende spoel. Klinkt ingewikkeld, maar onderstaande video legt het helemaal uit.
Deze extra vrijheid is nodig om het potentieel van mechanische energieomzetting bij lage en variabele snelheden te kunnen benutten, zoals golfbeweging, waterstroming of lage windsnelheden. Na de start met de Prime Movr kon Wavr zijn echte werkpaard ontwikkelen: de Wave Energy Converter (WEC), een modulair 3D-geprint apparaat dat op het wateroppervlak drijft. Deze zet de bewegingen van de oceaan om in energie, met mogelijke uitbreidingen op basis van zonne- en windenergie. “We wilden niet beginnen met een grootschalig concept dat uitsluitend afhankelijk was van de kracht van een grote golf”, legt Clyde Igarashi, oprichter van Wavr, uit. “Maar we hebben de mogelijkheid behouden om de modules aan elkaar te koppelen, zodat er indien nodig een grote keten ontstaat.” Dit aanpassingsvermogen maakt het economisch model levensvatbaar en de technologie toegankelijk voor iedereen. Binnenkort halen we op de Noordzee misschien ook onze energie uit de zee en de lucht ...
