Abwärme und positive Schwingungen in grüne Energie umwandeln
Wenn wir gehen oder laufen, erzeugen wir Energie. „Bei jedem Schritt üben wir Druck auf den Boden und die Sohlen unserer Schuhe aus, was wiederum winzige Vibrationen erzeugt – Vibrationen, die Energie erzeugen“, sagt Cintia Mateo Mateo, leitende Forscherin für fortgeschrittene Werkstoffe am Technologiezentrum AIMEN. Ihren Angaben zufolge wird dieses Phänomen als Piezoelektrizität bezeichnet und könnte zur Stromerzeugung genutzt werden. Diese Energie geht allerdings leider verloren. Auch der Temperaturunterschied, den der Körper bei körperlicher Betätigung erzeugt, könnte in elektrische Energie umgewandelt werden. Aber auch hier gilt: Ohne die richtigen thermoelektrischen Werkstoffe wird diese Energie verschwendet. Hier könnte aber bald eine Änderung stattfinden, unter anderem dank der Energiegewinnungssysteme, die das AIMEN mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts InComEss entwickelt.
Grüne Energie aus mechanischen Schwingungen und thermischer Abwärme erzeugen
Im Rahmen des Projekts sollte nachgewiesen werden, wie piezoelektrische und thermoelektrische Bauteile eingesetzt werden können, um vorhandene mechanische Schwingungen oder Temperaturunterschiede zu nutzen und daraus grüne Energie für die Versorgung drahtloser Sensornetzwerke zu gewinnen. Aber keine Sorge – das Projektteam hat nicht die Absicht, solche Bauteile an Menschen anzuschließen und uns in energieerzeugende Hamster zu verwandeln. „Unser Schwerpunkt lag auf der Gewinnung und Speicherung von Energie aus den Vibrationen und der Abwärme, die in der Automobil- und Luftfahrtindustrie entstehen“, kommentiert Mateo, die als Projektkoordinatorin fungierte. In einer Fallstudie wurde zum Beispiel ein thermoelektrischer Generator an der Auspuffanlage eines Fahrzeugs angebracht, wo er aus dem Temperaturunterschied, der beim Anfahren des Fahrzeugs entsteht, Strom erzeugen konnte. „Mit der geernteten Energie konnten wir den Kraftstoffstand eines Fahrzeugs je nach Fahrbedingungen und Abgasfluss alle 1,5 bis 2 Minuten überwachen“, fügt Mateo hinzu. Was das Szenario der Luft- und Raumfahrt betrifft, so wurde ein kombinierter piezo- und thermoelektrischer Generator an den Tragflächen eines Flugzeugs angebracht. Das System wandelt sowohl die Vibrationen als auch die Temperaturunterschiede, die an den Tragflächen auftreten, in elektrische Energie um, die genutzt werden kann, um alle paar Minuten Daten an eine Plattform des Internets der Dinge (IoT) zu übertragen.
Nicht ausreichend Energie für die Versorgung drahtloser Sensorknoten
Obwohl die Prototypen in der Lage waren, Strom aus mechanischen Vibrationen oder thermischer Abwärme zu erzeugen, reichte dies nicht aus, um drahtlose Sensornetzwerke vollständig zu versorgen. „Um keine Gelegenheit zu verpassen, haben wir beschlossen, die Fallstudien zu nutzen, um die Funktionsweise der Konditionierschaltung, der Superkondensatoren, der drahtlosen Sensorkommunikation und der IoT-Plattformen sowie anderer Komponenten zu testen“, bemerkt Mateo. Hier haben die Forschenden belegt, dass die Superkondensatoren, wenn sie in die Konditionierschaltung und die Generatoren integriert sind, die gewonnene Energie speichern können. Sie haben zudem bewiesen, dass die entwickelte Leistungskonditionsschaltung die Effizienz der Energieübertragung zwischen den Generatoren und der Endverbraucherelektronik steigern kann.
Eckpfeiler für die Energiegewinnungssysteme von morgen
Auch wenn noch mehr Arbeit zu leisten ist, dient das Projekt als Eckpfeiler InComEss, auf dem die Energiegewinnungssysteme der Zukunft aufbauen werden. „Da wir erfolgreich die Möglichkeit der Nutzung von Energieerntesystemen zur Stromversorgung von drahtlosen Sensorknoten demonstriert haben, haben wir nicht nur dazu beigetragen, den Sensor- und IoT-Markt voranzubringen, sondern unterstützen auch den Übergang zu grüner Energie“, schließt Mateo. Neben der weiteren Verbesserung der Energiegeneratoren prüfen die Projektforschenden die Verwendung der Generatoren zur Versorgung einer Reihe von Sensoren mit niedrigem Energieverbrauch.
Schlüsselbegriffe
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