211service.com
Høste kraft fra havet
Forskere fra SRI International , baseret i Menlo Park, Californien, afsluttede for nylig de første havtest af et system, der bruger en såkaldt kunstig muskel til at generere strøm fra bevægelsen af en bøje, der rider op og ned på bølgerne. Selvom prototypen producerer meget lidt elektricitet, siger forskerne, at bølgefarme baseret på teknologien i sidste ende kan konkurrere med vindmøller i effekt, hvilket giver en betydelig kilde til ren energi.
Bølgestyrke: En bøje, der genererer elektricitet fra bølgebevægelser. Den klare cylinder i midten af bøjen (se nederste billede) indeholder en rulle gummilignende materiale, der strækker sig og trækker sig sammen, mens bøjen vipper op og ned og adskiller og samler elektroder.
Teknologi til at udnytte havets energi eksisterer allerede, men den er ikke blevet udbredt, hovedsagelig fordi den har problemer med at modstå bølgernes dunkende. Det nye system kan vise sig både billigere og mere pålideligt, siger forskerne.
Tidligere systemer brugte mere konventionelle elektromagnetiske enheder, såsom dynamoer med komplekse transmissioner, hydrauliske stempler og turbiner. Gearene i en transmission, især, er sårbare over for slitage fra den uberegnelige bølge af havbølger.
I modsætning hertil er SRI-systemet ikke meget mere end et stykke gummi, der er fastgjort til en vægt. Det har den mekaniske kompleksitet som et gummibånd, siger SRI-seniorforsker Roy Kornbluh. Som en konsekvens er det bedre i stand til at absorbere stød fra bølger, siger Yoseph Bar-Cohen , en seniorforsker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, CA. Desuden tilføjer Bar-Cohen, at materialerne, som systemet er lavet af, er billige, hvilket kan hjælpe det med at konkurrere i pris med andre elektricitetskilder.
Multimedier
Video: Power Buoy
Det polymerbaserede system i hjertet af den nye generator er en variation af en kunstig muskel - en enhed udviklet som et alternativ til elektriske motorer i applikationer som robotter. En kunstig muskel vil udvide sig eller trække sig sammen, når en spænding påføres den, men den samme proces kan arbejde omvendt: hvis musklen strækkes af en ydre kraft, kan den generere elektricitet. For et par år siden udviklede SRI en lille enhed, der, indlejret i hælen på en sko, gjorde det muligt for brugeren at oplade en mobiltelefon blot ved at gå. Bølgehøstsystemet er grundlæggende en større version af samme teknologi.
SRI-forskerne byggede deres generator ved at klemme et kommercielt tilgængeligt gummiagtigt materiale mellem to elektroder, som i sig selv er lavet af en fedtet polymer indeholdende ledende materialer. Gummilaget og elektroderne rulles derefter op, som en rulle, for at danne et hult rør. Når røret trækkes af en ydre kraft, strækkes gummilaget tyndt, hvilket indsnævrer mellemrummet mellem elektroderne. Til at begynde med påfører et lille batteri en spænding over elektroderne; når gummiet springer tilbage til sin oprindelige form, tvinger det elektroderne fra hinanden, hvilket øger spændingen mellem dem. Denne overskydende energi kan fjernes for at generere en strøm. En del af denne strøm føres tilbage til systemet, så batteriet bruges kun til den første cyklus.
Forskerne testede for nylig systemet ud for Floridas kyst. Et par kvadratmeter gummi rullet i form af et hult rør blev fastgjort til en vægt og monteret i midten af en bøje. Når bøjen vipper i vandet, får den vægten til at stige og falde, hvilket gentagne gange strækker gummiet og lader det springe tilbage, hvilket genererer elektricitet.
Indtil videre producerer denne prototype kun omkring fem watt strøm - nok til en lille pære. Men fordi gummiet er tyndt - omkring 0,1 millimeter tykt - er det muligt at rulle meget mere af det op og stadig passe det ind i den samme bøje. Et bundt gummi omkring en meter langt og en halv meter tykt, med optimeret elektronik og et forbedret bøjedesign, kunne generere en kilowatt elektricitet, siger Kornbluh. En perlerække af bøjer eller større flydende strukturer kan så generere betydelige mængder elektricitet. (Tusind bøjer kunne drive omkring 750 huse.) Et alternativt design kunne involvere neddykkede plader af gummi, der genererer strøm, da kraften fra strømme eller tidevand får dem til at klappe frem og tilbage. Et sådant system kan vise sig at være mere modstandsdygtigt end de turbiner, der for nylig blev brugt i East River i New York: deres mekaniske dele viste sig ude af stand til at modstå tidevandskræfter.
SRI-systemet producerer høje spændinger i intervallet en kilovolt. Det var et problem for skogeneratoren, som krævede en transformer for at reducere spændingen nok til, at den ikke ville stege mobiltelefoner og andre enheder, men stadig skulle passe i en sko. Men for bøjeapplikationen er højspænding en fordel, da det gør det mere effektivt at sende elektricitet tilbage til land langs undervandskabler. Den største udfordring fremad, siger forskerne, er at udvikle en pålidelig fremstillingsproces. Deres seneste test af systemet understregede også vigtigheden af at designe nye bøjer, der reagerer på bølger på den bedste måde til at generere strøm. Og de bliver nødt til at designe elektronik, der ved at variere spændingen på tværs af polymeren kan ændre systemets stivhed for at tilpasse sig forskellige vejrforhold.
Systemets første kommercielle applikationer vil sandsynligvis være i systemer til at drive navigation, kommunikation og sensorbøjer, og disse kan komme inden for to år, vurderer Kornbluh. Men der kan gå fem til ti år, før systemet kan skrues op til storstilet elproduktion.
Det er meget spændende, siger Ray Baughman , professor i kemi ved University of Texas i Dallas. Det er en lovende retning for at høste energi, ikke kun for fjerntliggende enheder i havet, men måske også for større energihøst.