De volgende keer dat je door een luchthaven rent om je vliegtuig te vangen of een beweging op de dansvloer te verbreken, zou je ook schone, groene energie kunnen genereren. Dat is tenminste de hoop van Xudong Wang en zijn team van onderzoekers aan de Universiteit van Wisconsin-Madison.
De ingenieurs hebben een nieuw type vloerbedekking gemaakt van duurzame materialen die voetstappen omzet in bruikbare energie. En het beste is dat het is gemaakt van gewoon afvalmateriaal: houtpulp.
Met een verwachte stijging van de olieprijzen om de hoek, is het vinden van nieuwe energiebronnen - groene energie - essentieel. Hoewel zonne-energie lijkt te blijven plakken, met een groei van de zonne-energiecapaciteit van de VS met 43 procent per jaar en andere innovaties zoals zonne-textiel, maanden buiten de markt, is er nog steeds een behoefte om buiten de zonnige vensterbak te denken.
Ga Wang en zijn onderzoeksteam binnen.
"Dit is een totaal andere energiebron", zegt Wang, universitair hoofddocent materiaalkunde en engineering aan UW-M. Het onderzoek werd uitgevoerd door Wang, zijn afgestudeerde student, Chunhua Yao en verschillende anderen, en werd in september in Nano Energy gepubliceerd. “Zonne-energie komt van de zon, en dit soort energie komt van mensen die wandelen of fietsen langslopen. En het is volledig anders ingezet. "
Het heeft ook compleet andere toepassingsgebieden dan zonne-energie omdat het niet afhankelijk is van zonnige luchten om te werken; het enige dat nodig is, zijn een paar mensen om eroverheen te lopen. Wang's vloer genereert energie door middel van trillingen, die bekend staat als tribo-elektriciteit.
"We gebruiken een tribo-elektrisch energieoogstbord gemaakt van cellulosevezels die chemisch worden behandeld om elektronen aan te trekken", zegt Wang, die erkent dat de chemische details pas kunnen worden vrijgegeven als het patentbeoordelingsproces is voltooid.
De onderzoekers hebben de houtvezels van de houtpulp waaruit de vloer is gemaakt chemisch behandeld met twee verschillend geladen materialen, zodat wanneer iemand over de vloer loopt, deze vezels vervolgens op elkaar inwerken, vergelijkbaar met statische elektriciteit. De elektronen die vrijkomen door deze trillingen worden vervolgens opgevangen door een condensator die aan de vloer wordt bevestigd en de energie wordt opgeslagen voor later gebruik. Sluit een batterij of ander apparaat aan op de condensator en de energie kan worden gebruikt.
De houtvezels nanovezels in de vloer worden chemisch behandeld met twee verschillend geladen materialen, zodat wanneer iemand over de vloer loopt, deze vezels op elkaar inwerken. (Stephanie Precourt / UW-Madison College of Engineering) Wang gelooft dat zijn vloer het volgende grote ding kan zijn voor groen bouwen, omdat het een goedkope hernieuwbare energiebron is die recyclebare materialen gebruikt. Het installeren van dit type vloer is veel haalbaarder dan zijn duurdere tegenhangers, zoals zonnepanelen, vanwege het gebruik van duurzame - en overvloedige - houtpulp.
Wang zegt dat het kan worden geplaatst in gebieden met veel voetverkeer, zoals luchthavens, sportstadions of winkelcentra. Wang hoopt zelfs dat de tribo-elektrische vloeren zich verder zullen uitbreiden dan commercieel gebruik en huizen zullen infiltreren als vloeren die lampen en apparaten kunnen opladen. Het eindproduct ziet eruit als de houten vloeren die al in miljoenen huizen zijn geïnstalleerd.
Het idee is om uiteindelijk dit innovatieve ontwerp te gebruiken om 'energie langs de weg' vast te leggen. Toch is het ontwerp van Wang niet zoals de huidige technologie die al wordt gebruikt voor dit type oogst - piëzo-elektrische materialen op basis van kernen - en, zegt Wang, "de houtpulp is mogelijk kwetsbaarder voor de barre omstandigheden ', wat betekent dat er een betere interface of verpakking nodig is om asfalt te vervangen.
Zoals bij elk type nieuwe technologie, zullen er enkele initiële beperkingen zijn.
"De grootste uitdaging voor tribo-elektrische energie is de onconventionaliteit", zegt Eric Johnson, hoofdredacteur van het tijdschrift Environmental Impact Assessment Review . “Om te slagen, heeft het investeringen nodig. Beleggers houden van vertrouwdheid, zo niet van zekerheid - iets wat ze weten. '
Johnson wijst erop dat veel van de huidige gangbare technologieën vergelijkbare hindernissen hadden. Zonne-energie bijvoorbeeld, eens een moeilijk te slikken concept, domineert nu letterlijk de markt voor duurzame energie.
Hoe het ook zij, de alternatieve energie-industrie blijft grote vorderingen maken op de markt, Johnson zegt dat de beslissing om met veel van deze innovaties door te gaan, over het algemeen minder afhankelijk is van de huidige technologie en meer van de economie en de waargenomen veiligheid.
Dus moeten Wang en zijn team eerst een prototype bouwen om de vloer op grotere schaal te testen.
"Op dit moment is het kleine stukje dat we in ons lab testen ongeveer vier vierkante centimeter en kan het een milliwatt vermogen produceren", zegt Wang. Het team voerde een eenvoudige berekening uit voor een vloeroppervlak van 10 voet bij 10 voet bedekt met hun tribo-elektrische vloer. Door aan te nemen dat er gemiddeld 10 mensen door het gebied liepen en elke persoon twee stappen per seconde nam, zou de totale energie-output ongeveer 2 joule per seconde zijn. Anders gezegd, Wang zegt dat de hoeveelheid gegenereerde energie overeenkomt met ongeveer 30 procent van een iPhone 6-batterij.
"Omdat dit zo'n kosteneffectieve aanpak is, omdat het gerecyclede materialen gebruikt, " zegt Wang, "we proberen grote vloerpanelen te maken om het op een plaats met veel verkeer te installeren om echt te testen hoeveel stroom er kan worden geproduceerd."
Ze werken samen met het in Madison gevestigde Forest Product Laboratory, het enige federale laboratorium dat zich toelegt op onderzoek naar bosproducten en dat voornamelijk wordt gebruikt door de Amerikaanse Forest Service. Het lab levert niet alleen de houtpulpvezel, maar helpt het team ook een groter prototype te maken.
Gelukkig kan Wang een druk bezocht gebied op de campus van UW-M selecteren om het te testen. Met meer dan 43.000 studenten op de campus op een gegeven, krijgt zijn prototype zeker een grote training.
