Ny elektronik forsyner sig selv med strøm
Propelmasken, der lader mobilen med dit åndedræt, campingkomfuret, der lader dit kamera op med bålvarme, og havelampen, der lades op af sollys. Listen over gadgets, der indsamler energi fra omgivelserne, er vokset støt siden de første dynamolygter.
Mens formålene med den indsamlede energi i nogle tilfælde kan virke uvæsentlige, er der ikke tvivl om, at den batteriløse og ledningsløse lyskontakt er nyttig, eller at selvforsynende enheder kan komme til at spille en væsentlig rolle i udbredelsen af internet of things eller wearables.
Sådan lyder dommen fra forskere og udviklere, der arbejder med såkaldt energy harvesting for at skabe elektronik, der hverken kræver ledninger eller batterier, men opsamler energi fra omgivelserne.
Sensorer skaber et behov
»Industrielt internet of things er noget af det, der er allerlængst med energy harvesting i dag. Der er behov for enormt mange sensorer, som ellers skulle have kabler eller batterier,« siger civilingeniør og energy harvesting-specialist hos GTS-instituttet Delta Johan Pedersen.
Han fremhæver blandt andet overvågning af olierørledninger eller vandrør, som allerede i dag kan udføres med selvforsynende elektronik. Her er der typisk en varmeforskel mellem røret og jorden eller luften i området, som kan skabe elektricitet nok til at lade en måler undersøge røret for lækager og sende data hjem med et fast interval.
Ud over internettets ubemandede elektronik er også den stigende mængde sensorer og apparater på vores krop – såkaldte wearables – oplagte mål for energihøsterne.
»Hvis vi ikke bruger energihøst, kan vi få kæmpestore problemer med at forsyne alle disse devices. For eksempel skal mit Pebblesmartwatch oplades hele tiden, og der kommer kun flere af de enheder,« siger Johan Pedersen.
Han peger på, at netop disse to tendenser kan være med til at drive volumen af energy harvest-produkter højt nok op til at få den i dag forholdsvis høje pris bragt ned.
Læs også: VIDEO: Benskinne samler energi til kunstigt hjerte
Udvikling af kendte teknologier
Selv om energy harvesting primært er blevet udbredt gennem de seneste fem år, er de teknologier, der benyttes til formålet langtfra nye. De har været kendt i årevis, men forskere og virksomheder har i de seneste år fået øjnene op for, hvordan de kan optimeres.
»Man skal ikke forvente store forskningsgennembrud, der gør sådanne teknologier konkurrencedygtige fra den ene dag til den anden. Det er et langt, sejt arbejde gennem mange år at udvikle f.eks. termoelektriske generatorer til udnyttelse af spildvarme. Udviklingen sker gennem mange små fremskridt, der forbedrer effektiviteten løbende. Det er en lang proces, og derfor betyder det også meget, om der er fokus på området eller ej, men det er der ved at komme nu,« siger Nini Pryds, professor og sektionsleder ved Institut for Energikonvertering og -lagring på DTU.
Han forsker blandt andet i at udvikle de enheder, der skal høste energi fra flere forskellige kilder. De mest udbredte typer energy harvesting i dag henter energi fra henholdsvis lys, varme og bevægelse. Lyset omdannes typisk til elektricitet gennem solceller af mange forskellige typer og sammensætninger, mens varme omdannes af et såkaldt Peltier-element, der danner elektricitet på baggrund af en varmeforskel på de to sider af elementet.
Endelig udvindes bevægelsesenergien, kinetisk energi, typisk ved hjælp af et såkaldt piezoelement, der indeholder krystaller, som kan omsætte en fysisk påvirkning til elektricitet. Det samme kan en gammeldags elektromagnetisk dynamo bruges til i andre tilfælde.
Læs også: Nyt cover oplader mobilen med radiobølge-strøm
Eksperimentelle metoder
Ud over disse tre tilgange har forskere i eksperimenter arbejdet med en række andre metoder, der eksempelvis skulle indsamle energi fra jord eller radiobølger, dog uden at de er nær så brugbare som de kendte metoder endnu.
Men det går langsomt med udviklingen af teknologier til energy harvesting – på samme måde som når det gælder batterier, der er den mest oplagte konkurrent.
Blandt udfordringerne er blandt andet, at teknologierne ikke er fleksible nok til at fungere under alle forhold. Det er eksempelvis svært at montere piezoelementer i et apparat, der skal bruges af mennesker med vidt forskellige bevægelsesmønstre. På samme måde er det vanskeligt at høste varme, hvis du ikke i forvejen har en forestilling om temperaturen, hvor apparatet skal bruges.
Netop derfor bliver varmeindvinding i dag primært brugt til formål, hvor man kender forholdene meget præcist. Eksempelvis er bilindustrien interesseret i at udnytte overskudsvarme til elektricitet for at spare brændstof – et koncept, der længe har været praktiseret inden for rumfart.
