Nanokraftverk

 
>> 1. Ressursgrunnlag
>> 2. Hvordan virker det?
>> 3. Teknologistatus

 

 1. Ressursgrunnlag

Nanokraftverk er bittesmå kraftverk som utnytter små endringer i omgivelsene (typisk enten fysisk bevegelse eller temperatursvingninger) for å lage elektrisk kraft. Komponenetene i slike nanokraftverk er typisk bare noen mikrometer eller nanometer store og kraftverkene kan lages for å plasseres nesten overalt der det finnes energi å høste: På ting som beveger seg som klær, maskiner osv.; på steder med temperaturforskjeller som på motorer, i kroppen, viduskarmen osv.; og på vibrerende overflater som broer, veier, greiner, vindmøller osv.

Hvor mye kraft som produseres avhenger veldig mye av hva slags kraftverk det er snakk om og hvor det er plassert. Noen av de mest suksessfulle prototypene som er testet ut foreløpig har produsert i underkant av 1 mW, men i teorien kan det produseres betydelig større mengder elektrisk kraft ved å koble mange av nanokraftverkene sammen. Selv om det per i dag kun brukes nanokraftverk i mikroelektronikk og enkelte eksperimentelle prototyper, så er det teoretiske potensialet på verdensbasis stort – selv om det er umulig å beregne nøyaktig.

 2. Hvordan virker det?

Det er per i dag tre hovedprinsipper som brukes i nanokraftverk:

-      Piezoelektriske kraftverk utnytter materialer som produserer en elektrisk spenning når de klemmes eller bøyes på. Disse materialene brukes i dag mye i små mikrofoner og høyttalere for å gjøre lydbølger om til elektriske signaler og omvendt, men de kan bruke den same effekten til å generere elektrisk strøm fra bevegelse i klær, eller vibrasjoner.

-      Triboelektriske kraftverk utnytter materialer som lager elektrisk spenning når de gnis mot hverandre, på samme måte som en ballong kan lades elektrisk om du gnir den mot håret ditt. Disse kraftverkene har lignende bruksområder som de piezoelektriske, da de også høster bevegelsesenergi fra vibrasjoner eller andre bevegelser.

-      Pyroelektriske kraftverk tar i bruk materialer som endrer spenning når temperaturen rundt dem endrer seg, slik at man kan lage en varierende elektrisk strøm. De kan bl.a. brukes inni klær tett på kroppen slik at de høster energi fra varierende fysisk aktivitet, eller som temperatursensorer som forsyner seg selv med strøm samtidig som de måler temperatursvingninger i omgivelsene.

Det er i prinsippet også mulig å bruke termoelektriske kraftverk, som baserer seg på materialer som lager elektrisk spenning når den ene enden av materialet er varmere enn den andre. I dag brukes disse typisk i litt større varianter, f.eks. i solvarmefangere der den ene siden varmes av solen mens den andre står i skyggen, eller for å høste energi fra spillvarme fra motorer eller kjemiske prosesser i fabrikker.

Det er også andre måter å høste små mengder energi på for å lage elektrisk kraft, men dette er de mest utbredte per i dag.

 3. Teknologistatus

De fleste nanokraftverk er fortsatt bare på et så tidlig stadium at de testes ut i labskala, men enkelte teknologier har kommet så langt at de testes ut i industrien.

Prosjekteksempel:


Mikroskopiske kraftverk som lager strøm fra vibrasjoner kan gi energi til små sensorer og radiosendere på vindmøller og andre kraftverk som er vanskelig tilgjengelig, slik at man kan overvåke dem uten å bruke så mye ressurser på å sende ut eksperter for å kontrollere og reparere dem. (Illustrasjon: Eivind Vetlesen)

Forskere fra Høgskolen i Vestfold står bak prosjektet «Integrated micro power for condition-monitoring in energy production facilities» som skal forsøke å utvikle ørsmå kraftverk som muliggjør utplassering av trådløse sensorer i vindturbinblader (og andre vanskelig tilgjengelige kraftgeneratorer og utstyr). Dermed kan man fjernovervåke tilstanden til en vindturbin og finne feil før noe går galt. Dette reduserer kostnader og muliggjør sikker drift over lengre tid. På denne måten kan fornybar energi på liten skala øke konkurransedyktigheten til fornybar energi på stor skala.