Κυριολεκτικά οτιδήποτε κινείται χρησιμοποιεί ενέργεια που μπορεί να αξιοποιηθεί. Όχι μόνο κύματα που κυλούν προς την ακτή, αλλά αυτοκίνητα που πιέζουν δρόμους, κτίρια που ταλαντεύονται στον άνεμο και πολλά άλλα. Ένας τρόπος για να το αξιοποιήσετε είναι να δημιουργήσετε ένα υλικό που μπορεί να υφανθεί στο ύφασμα των δρόμων και των κτιρίων έτσι ώστε να συλλαμβάνει την ενέργεια και να τη μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια. Η Caitlin McDermott-Murphy στο NREL περιγράφει την έρευνα στους Εξαγωνικούς Κατανεμημένους Ενσωματωμένους Μετατροπείς Ενέργειας (hexDEECs). Ένα μόνο εξαιρετικά ευέλικτο στοιχείο μεγέθους εκατοστών μπορεί να δημιουργήσει μόνο το ένα εκατομμυριοστό του τζάουλ, αλλά οι συστοιχίες που αναπτύσσονται ευρέως σε μεγάλες περιοχές (σκεφτείτε κάθε νέος δρόμος και ψηλό κτίριο) μπορούν να προσφέρουν πολύ περισσότερα. Τα HexDEEC είναι κατασκευασμένα με ελαστικά και φθηνά υλικά, όπως καουτσούκ σιλικόνης, που μπορούν να διαμορφωθούν όπως θέλετε . Παρόμοιες ηλεκτροστατικές γεννήτριες μεταβλητής χωρητικότητας έχουν ήδη επιτύχει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα, λέει ο McDermott-Murphy. Για να μετατραπεί στη στάση της γιόγκα που ονομάζεται «καταστροφέας του σύμπαντος», ένας άνθρωπος πρέπει να κολλήσει ένα πόδι πίσω από το λαιμό του για να στρέψει τα δάχτυλά του απευθείας στον ουρανό. Για τους μη-γκάμπιδες, αυτό το κατόρθωμα μπορεί να φαίνεται υπεράνθρωπο ή ακόμα και μεταάνθρωπο — είναι άτομο ή κουλουράκι; Τώρα, ένα εξαιρετικά ευέλικτο μεταϋλικό θα μπορούσε να εκτελέσει εξίσου σούπερ κατορθώματα για να παράγει καθαρή ενέργεια από την άφθονη αλλά συχνά παραμελημένη ενέργεια που δονείται στον κόσμο μας.

Εξαγωνικοί κατανεμημένοι ενσωματωμένοι μετατροπείς ενέργειας (hexDEECs)

«Υπάρχει πολλή δυνητική ενέργεια που υπάρχει εκεί έξω στην καθημερινή ζωή », είπε ο James Niffenegger, μηχανολόγος μηχανικός στο Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL). Τα κύματα κυλά συνεχώς προς την ακτή. κτίρια ταλαντεύονται στον άνεμο. αυτοκίνητα πιέζουν το πεζοδρόμιο . Όλες αυτές οι φαινομενικά μικρές κινήσεις περιέχουν πιθανή ανανεώσιμη ενέργεια. Χρειαζόμαστε απλώς έναν τρόπο να το αξιοποιήσουμε. Η γιόγκα της ενέργειας θα μπορούσε να βοηθήσει.

Επίσημα αποκαλούμενοι εξαγωνικοί κατανεμημένοι ενσωματωμένοι μετατροπείς ενέργειας (ή hexDEEC για συντομία), αυτές οι εξαιρετικά ευέλικτες ηλεκτρικές μηχανές μεγέθους εκατοστών μόλις κέρδισαν το πρώτο τους δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Και παρόλο που ένα μόνο του μπορεί να παράγει μόνο το ένα εκατομμυριοστό του τζάουλ ενέργειας κάθε φορά που τεντώνεται (μια κοινή λάμπα καίει περίπου 100 τζάουλ ανά δευτερόλεπτο), οι μηχανές μπορούν να πλέξουν μεταξύ τους για να σχηματίσουν αυτό που οι εφευρέτες τους αποκαλούν μεταϋλικά – εύκαμπτα υφάσματα, δίχτυα. σχοινιά, ρούχα, τοίχοι ή ακόμα και ολόκληροι δρόμοι κατασκευασμένοι από μια κυψέλη αυτών των εξαγωνικών μηχανών .

Κατασκευασμένο από ανθεκτικά, φθηνά υλικά

Τα HexDEEC είναι κατασκευασμένα με ελαστικά και οικονομικά υλικά, όπως το καουτσούκ σιλικόνης , γεγονός που τα καθιστά οικονομικά και ιδανικά για ασυνήθιστες συνθήκες, όπως ο θορυβώδης, αλμυρός ωκεανός . «Φανταστείτε μια γραμμή πρόσδεσης φτιαγμένη από μια πλεγμένη σειρά hexDEEC στον πυθμένα του ωκεανού», είπε ο Blake Boren, ανώτερος μηχανικός στο NREL και ένας από τους εφευρέτες του hexDEEC.

«Θα χρειαστείτε κάτι για να κρατήσετε μια σημαδούρα πλοήγησης, μια σημαδούρα πρόσδεσης, ένα πλοίο ή έναν μετατροπέα ενέργειας κυμάτων ούτως ή άλλως», πρόσθεσε ο Niffenegger. "Μπορεί επίσης να χρησιμοποιήσετε hexDEEC και θα μπορούσατε να παράγετε λίγη ισχύ."

Τα HexDEECs γεννήθηκαν αρχικά από μια ευρύτερη αναζήτηση. Ο Παναγιώτης Γιώργος Ντάτσκος (που λέει ο Πάνος), ανώτερος σύμβουλος έρευνας στο NREL, και ο Jochem Weber, επικεφαλής μηχανικός για το πρόγραμμα υδροηλεκτρικής ενέργειας του NREL, αναζητούσαν τρόπους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ηλεκτρικά πεδία, όπως ο στατικός ηλεκτρισμός που συσσωρεύεται στο ανακάτεμα των κάλτσων πάνω από χαλί .

Ο Datskos και ο Weber ήθελαν να κατασκευάσουν κάτι που ονομάζεται ηλεκτροστατική γεννήτρια μεταβλητής χωρητικότητας, μια συσκευή που βασίζεται στο ενσωματωμένο ηλεκτρικό φορτίο για να αποθηκεύει για λίγο και στη συνέχεια να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Ο Ντάτσκος πρότεινε να συνδυάσουν δύο ξεχωριστές πλάκες —όπως μια αφράτη κάλτσα και ένα χαλί— που συνδέονται με ένα ελατήριο. Όταν εξωτερικές δυνάμεις, όπως ένα κύμα ή μια ριπή ανέμου, συμπιέζουν το ελατήριο, η κάλτσα και το χαλί ενώνονται και δημιουργείται ένα ηλεκτρικό φορτίο. Απελευθερώστε τις πλάκες και αυτή η φόρτιση μπορεί τώρα να συγκεντρωθεί και να χρησιμοποιηθεί για να τροφοδοτήσει, για παράδειγμα, έναν αισθητήρα σε μια σημαδούρα, ένα έξυπνο ρολόι ή ένα κομμάτι του δικτύου .

Όταν ο Ντάτσκος και ο Βέμπερ έφεραν τον Μπόρεν, πρότεινε ένα πιο ευέλικτο σχέδιο χωρίς ελατήρια που, όπως είπε ο Μπόρεν, «έκοβε πολλά καρότα με ένα μαχαίρι». Η εξαγωνική του έκδοση από καουτσούκ σιλικόνης εκμεταλλεύεται το δικό του εύκαμπτο σώμα για να κινείται μεταξύ της συμπίεσης και του ανοίγματος, δημιουργώντας αυτόν τον πολύτιμο ηλεκτρισμό . Το εξαγωνικό σχήμα καθιστά επίσης δυνατή την ύφανση των μηχανών μεταξύ τους στα μεγαλύτερα, πιο ισχυρά μεταϋλικά.

Με αυτό, γεννήθηκε το hexDEEC.

Επειδή τα hexDEEC είναι κατασκευασμένα με ελαστικά και οικονομικά υλικά, όπως το καουτσούκ, αυτή η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να είναι ένας οικονομικά αποδοτικός τρόπος για την παραγωγή ενέργειας από πηγές που παραβλέπονται, όπως η γραμμή πρόσδεσης μιας σημαδούρας ή σε δύσκολες συνθήκες, όπως ο ξέφρενος, αλμυρός ωκεανός. / Εικονογράφηση Blake Boren και James Niffenegger, NREL

«Μπήκα στο παιχνίδι με κάποια καινοτομία που έδωσε πνοή στα hexDEECs», είπε ο Boren. «Και τότε ο Τζέιμς, ο αναλυτικός, αριθμητικός και εμπειρικός γνώστης των hexDEECs, προσπάθησε να τα κατανοήσει όλα. Πόσο ρεαλιστικό είναι αυτό;»

Ηλεκτροστατικές γεννήτριες μεταβλητής χωρητικότητας

Αν και η τεχνολογία hexDEEC εξακολουθεί να είναι θεωρητική, παρόμοιες ηλεκτροστατικές γεννήτριες μεταβλητής χωρητικότητας έχουν ήδη επιτύχει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα. Μια εταιρεία κυματικής ενέργειας, που ονομάζεται SBM Offshore, κυκλοφόρησε έναν μεγάλο σωλήνα με αντίστοιχες μίνι γεννήτριες ενέργειας βασισμένες σε μεταβλητή χωρητικότητα για να μετατρέψει την ενέργεια των κυμάτων σε χρησιμοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια . («Είναι σαν δαχτυλίδια σε ένα σκουλήκι», είπε ο Niffenegger, περιγράφοντας το σχέδιο του σωλήνα.) Και μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Μπόλντερ κατασκεύασε παρόμοια υλικά που μοιάζουν με κάποιο εξωγήινο θαλάσσιο πλάσμα περισσότερο από μια συλλογή μηχανών.

Όπως τα ξαδέρφια τους, οι hexDEECs θα μπορούσαν να κάνουν περισσότερα από το να παράγουν απλώς ενέργεια. Στη λειτουργία ενεργοποιητή, αυτά τα μεταϋλικά θα μπορούσαν να αλλάξουν σχήμα: τα παράθυρα HexDEEC θα μπορούσαν να μετατοπιστούν ελαφρά για να αποφευχθεί η αντανάκλαση, οι τοίχοι θα μπορούσαν να σκληρύνουν για να μειώσουν την ταλάντωση σε ισχυρούς ανέμους ή σε σεισμό ή τα ηλιακά πάνελ θα μπορούσαν να δονηθούν για να απελευθερωθούν από τη σκόνη που εμποδίζει τον ήλιο .

"Μπορείτε να προσαρμόσετε μια δομή ουσιαστικά σε πραγματικό χρόνο και συνεχώς σε όλη τη διάρκεια του ", είπε ο Boren. «Θα μπορούσατε, θεωρητικά, εν κινήσει, να αλλάξετε τη γεωμετρία μιας δομής που βασίζεται σε hexDEEC, για να βοηθήσετε στην επίτευξη κάποιου μεγαλύτερου στόχου , όπως η βελτιστοποίηση της συνολικής μετατροπής ενέργειας ή η επιβίωση κατά τη διάρκεια μεγάλων ενεργειακών γεγονότων».

«Ας ελπίσουμε», πρόσθεσε ο Niffenegger, «αυτό θα επιτρέψει ορισμένες ευέλικτες τεχνολογίες που μπορούν να αντέξουν τις κάπως αδυσώπητες συνθήκες των ωκεανών. Όταν οι καιροί είναι δύσκολοι, είναι καλό να είσαι ευέλικτος».

Ο Μπόρεν βλέπει τη δυνατότητα για hexDEECs πέρα από τον ωκεανό. Το τελευταίο του όραμα είναι να ενσωματώσει hexDEEC σε αυτοκινητόδρομους, έτσι ώστε τα αυτοκίνητα να μπορούν να τροφοδοτούν αυτοφωτιζόμενες γραμμές οδοποιίας ή ακόμα και λαμπτήρες στην άκρη του δρόμου. Καθώς ένα αυτοκίνητο οδηγεί πάνω από έναν δρόμο hexDEEC, θα συμπίεζαν τη δομή hexDEEC . Καθώς το όχημα προχωρά, η δομή ανοίγει, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια. "Υπάρχει πολλή επιφάνεια δρόμου και τα hexDEEC είναι, πιθανώς, εύκολο να συντηρηθούν", είπε ο Boren.

Αλλά προτού ο Boren κατασκευάσει τους αυτοκινητόδρομους hexDEEC του, αυτός και ο Niffenegger θα συνεχίσουν να βελτιώνουν τον σχεδιασμό τους όχι μόνο για να επιβεβαιώσουν ότι τέτοιες θεωρητικές εφαρμογές είναι δυνατές αλλά και για να αυξήσουν πιθανώς τη συνολική τους απόδοση.

«Όλα αυτά είναι ακόμα πολύ θεμελιώδης έρευνα», είπε ο Μπόρεν. «Αλλά είμαι πραγματικά ενθουσιασμένος που βλέπω ποιες άλλες δυνατότητες είναι μπροστά μας».

Η έρευνα HexDEEC χρηματοδοτείται, εν μέρει, από το Γραφείο Τεχνολογιών Υδατικής Ενέργειας του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ.

Θέλετε περισσότερα μεταϋλικά; Ρίξτε μια ματιά στον ξάδερφο του HexDEEC, διανεμημένους ενσωματωμένους μετατροπείς ενέργειας . Και εγγραφείτε στο ενημερωτικό δελτίο NREL water power, The Current , για να βεβαιωθείτε ότι δεν θα χάσετε μια ενημέρωση για την παροχή νερού.

***

Η Caitlin McDermott-Murphy είναι ανώτερη συγγραφέας στο NREL

Αυτό το άρθρο δημοσιεύεται με άδεια από το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας