Vibrasjoner i bakken finnes overalt. De oppstår når biler passerer, når maskiner er i drift eller når jordskorpen beveger seg. For de fleste av oss er dette usynlige krefter. For forskere representerer de imidlertid noe langt mer spennende: en ubrukt kilde til ren energi.
Av Olav Spanne
I stedet for å la disse små rystelsene forsvinne, undersøker forskere hvordan de kan omdannes til elektrisitet. Det skjer gjennom teknologier som reagerer på bevegelse, bøyning eller trykk, og som klarer å generere små, men stabile mengder strøm.
– Det som gjør teknologien så spennende, er at vi kan hente energi fra bevegelser som allerede finnes rundt oss. Vibrasjonene er der uansett, og vi kan gjøre dem nyttige, sier SINTEF forsker og prosjektleder for EVIBES, Claudia Pavez-Orrego.
Prosjektet undersøker hvor ulike vibrasjonskilder finnes, hvordan de varierer, og hvilke teknologier som best kan omdanne dem til energiproduksjon. Målet er å utvikle løsninger som kan brukes der man bare trenger små mengder strøm, som for eksempel til å drive sensorer.
Hvordan fungerer dette i praksis?
Det grunnleggende prinsippet bak vibrasjonsdrevet energi er enkelt: bevegelse kan omdannes til elektrisitet. Dette skjer hovedsakelig på to måter. Den ene er gjennom piezoelektriske materialer, som lager spenning når de bøyes, strekkes eller komprimeres.
Dette er piezoelektrisitet:
• Når krystaller blir utsatt for press, oppstår det en elektrisk polarisering, dvs. en oppsamling av elektrisk ladning i den ene enden av krystallet.
• Den resulterende elektriske spenningen varierer proporsjonalt med trykkintensiteten.
• Den samme egenskapen er observert når man utsetter krystallet for strekk, men med en resulterende motsatt spenning.
(Kilde: Wikipedia)
Den andre er elektromagnetisk induksjon, som du sikkert er kjent med fra kjøkkenet. Induksjon er elektrisk strøm som oppstår når en magnet beveger seg forbi en strømleder. Alle typer strømledere kan brukes, men kobbertråd er vanligst, fordi materialet leder strøm svært godt.
Begge metodene kan gjøre om kontinuerlige vibrasjoner til små energimengder. Ikke mye, men nok til sensorer, målesystemer og utstyr som må fungere døgnet rundt, uten tilgang til strømnett eller hyppig batteribytte.
Vi blir stadig mer avhengige av sensorer
En av de største fordelene med vibrasjonsdrevet energi er at kilden aldri forsvinner. I bymiljøer skapes det konstant små rystelser fra trafikk, byggearbeid og kollektivtransport.
I naturen finnes det en kontinuerlig bakgrunnsstøy av geologiske bevegelser som vi ikke merker, men som teknologien kan utnytte. Fordi vibrasjoner er både utbredte og stabile, blir de en svært tilgjengelig og væruavhengig energikilde.
Ofte kan selv små mengder energi være svært verdifulle. Vibrasjonshøstere kan drive sensorer som overvåker broer, vannsystemer, miljø, naturfare, jordskjelvaktivitet eller vannkvalitet, selv i områder der strømnett og batteriforsyning er urealistisk.
Fra teori til virkelighet
Arbeidet startet med å kartlegge ulike typer vibrasjonskilder, fra naturlige vibrasjoner som jordskjelv til menneskeskapte vibrasjoner fra for eksempel gruvedrift eller trafikk.
Deretter utviklet forskerne digitale modeller av vibrasjonshøstere basert på piezoelektrisitet eller elektromagnetisk induksjon. Så finjusterte teamet dem ved hjelp av omfattende datasimuleringer.
Til slutt ble det laget og testet prototyper i en vibrasjonsrigg i laboratoriet. Her kunne forskerne etterligne vibrasjoner slik de faktisk opptrer i virkeligheten.
– Å forstå hvordan denne teknologien fungerer i laboratoriet er én ting. Å få den til å fungere ute i felt er noe helt annet. Vibrasjoner varierer enormt mellom bykjerner, fjellområder, industriområder og seismisk aktive soner. Derfor måtte vi teste teknologien i ulike miljøer, sier SINTEF forsker Nikolai Helth Gaukås.
Liten energimengde med stor betydning
Vibrasjonshøsting er ikke ment å erstatte sol-, vind- eller vannkraft. Disse etablerte teknologiene er langt mer effektive der de kan brukes. Men som et supplement kan vibrasjonshøstere spille en viktig rolle i den grønne omstillingen.
Ifølge forskerne er teknologien særlig nyttig på steder der sol, vind og vannkraft ikke er tilgjengelig, for eksempel dypt inne i gruver, under bakken i CO2-lagringsanlegg, på havbunnen eller inne i lukkede konstruksjoner.
Tar teknologien ut i verden
I prosjektet samarbeider forskerne i SINTEF med kolleger ved Uppsala universitet i Sverige og Universidad de Chile.
Så langt har forskerne utviklet to ulike prototyper. Forskergruppen i Chile har laget en energihøster som bygger på elektromagnetisk induksjon, mens SINTEF har utviklet en variant som bruker piezoelektriske materialer. Nå nærmer prosjektet seg slutten, og resultatene fra mange timer med datasimuleringer og laboratorietester skal prøves ut i felt.
– Det blir spennende å se om resultatene vi har fått med vibrasjonsriggen lar seg gjenskape i den virkelige verden. Vi har allerede god overensstemmelse mellom datasimuleringene og vibrasjonstestene vi har gjort på laboratoriet i Oslo, så nå mangler vi bare å vise at teknologien fungerer i felt.
Det sier SINTEF forsker Didrik Småbråten, som har hovedansvar for datasimuleringsarbeidet ved SINTEF i prosjektet
I siste fase skal teknologien møte svært ulike omgivelser, blant annet i lokalsamfunnet Cuya nord i Chile. Dette gir forskerne mulighet til å se hvordan energihøsterne oppfører seg under faktiske forhold og med helt forskjellige vibrasjonskilder.
Først på prioriteringslista er å drive en mikrosensor, f.eks. en enkel trykk- eller gass-sensor. Hvis dette lar seg gjøre kan man inkludere mer energi-krevende elektronikk, som telemetri, altså data-sendere.
– Fordi prosjektet EVIBES er finansiert gjennom Global Research Council sitt program for FNs bærekraftmål, har prosjektet også et tydelig samfunnsoppdrag. En viktig del av arbeidet er å utvikle teknologi som kan komme lavinntektssamfunn til gode. Derfor har en av grunnprinsippene i prosjektet vært å gjøre teknologien så kostnadseffektiv som mulig.
– Drømmen er å utvikle noe som kan gjøre hverdagen til beboere i lavinntekts-samfunn bedre, avslutter Pavez Orrego.
(KILDE: Gemini.no)
