Hun var i vandet, da epifaniet ramte. Naturligvis var Annette von Jouanne altid i vandet, svømte i søer og puljer, da hun voksede op omkring Seattle, og svømmeafstand freestyle konkurrerende i gymnasiet og college mødes. Der er endda en træningspool i hendes kælder, hvor hun og hendes mand (en tidligere olympisk svømmer for Portugal) og deres tre børn har tilbragt en hel del tid ... svømning.
Fra denne historie
[×] LUKKET
Se en prototype af en bølgeenergibøje op og ned på vandoverfladen, mens forskere fra Oregon State University studerer dens effektivitet
Video: Implementering af Wave Energy Buoy
Men i december 1995 var hun på bodysurfing på Hawaii i løbet af ferien. Hun var lige begyndt at arbejde som adjunkt i elektroteknik ved Oregon State University. Hun var 26 år gammel og ivrig efter at gøre en forskel - at finde eller forbedre en nyttig energikilde, helst en der ikke var knap eller flygtig eller uforudsigelig eller beskidt. Solen var ved at gå ned. Vinden var ved at dø. Hun buldrede i dønningerne.
”Da solen gik ned, ramte den mig: Jeg kunne køre bølger hele dagen og hele natten, hele året rundt, ” siger von Jouanne. "Bølgekraft er altid der. Det stopper aldrig. Jeg begyndte at tænke på, at der skal være en måde at udnytte al energien fra et havsvul på en praktisk og effektiv måde på en ansvarlig måde."
I dag er von Jouanne en af drivkræfterne i det hurtigt voksende felt med bølgeenergi - såvel som dets førende talsmand. Hun vil forklare alle, der vil lytte til, at i modsætning til vind- og solenergi, er bølgeenergi altid tilgængelig. Selv når havet virker roligt, bevæger dønninger vandet op og ned i tilstrækkelig grad til at generere elektricitet. Og et apparat til at generere kilowatt kraft fra en bølge kan være meget mindre end hvad der er nødvendigt for at udnytte kilowatt fra vind eller solskin, fordi vandet er tæt og energien, det giver, koncentreres.
Al denne energi er naturligvis også ødelæggende, og i årtier har udfordringen været at bygge en enhed, der kan modstå monsterbølger og kulingvind, for ikke at nævne ætsende saltvand, tang, flydende affald og nysgerrige havpattedyr. Og enheden skal også være effektiv og kræve lidt vedligeholdelse.
Alligevel er lokkelsen uimodståelig. En maskine, der kan udnytte en uudtømmelig, ikke-forurenende energikilde og blive anvendt økonomisk i tilstrækkeligt antal til at generere betydelige mængder elektricitet - det ville være en præstation i alle aldre.
Ingeniører har bygget snesevis af maskinerne, kaldet bølgeenergikonvertere, og testet nogle i lille skala. I USA kunne bølger brænde omkring 6, 5 procent af dagens elektricitetsbehov, siger Roger Bedard fra Electric Power Research Institute, en energitænketank i Palo Alto, Californien. Det er ækvivalent med energien i 150 millioner tønder olie - omtrent den samme mængde strøm, der produceres af alle amerikanske vandkraftsdæmme kombineret - nok til at drive 23 millioner typiske amerikanske hjem. De mest kraftfulde bølger forekommer på vestlige kyster på grund af stærk vest-til-øst global vind, så Storbritannien, Portugal og USAs vestkyst er blandt de steder, hvor bølgenergi udvikles.
Bortset fra svømning lærte von Jouannes anden lidenskab som ung at lære, hvordan tingene fungerer. Det startede med små apparater. Et vækkeur brød. Hun skruede ryggen af, fikse mekanismen og satte den sammen igen. Hun var omkring 8 år gammel. ”Det var så spændende for mig, ” siger hun. Hun gik videre til regnemaskiner og derefter til en computer, hun købte med penge fra sin papirrute. En dag ventede hun på, at sine forældre skulle forlade huset, så hun kunne adskille fjernsynet og samle det igen, før de vendte tilbage. (Von Jouanne advarer børnene om ikke at gøre, som hun gjorde: "der er en højspændingskomponent.")
Da hendes brødre, ældre med otte og ti år, kom hjem til college pauser, porerede hun over deres tekniske lærebøger. (En ældre søster forfulgte en erhvervsgrad.) "At læse dem bekræftede, at det var det, jeg vil gøre, " sagde hun.
Hun studerede elektroteknik som bachelor ved det sydlige Illinois universitet og som doktorgrad ved Texas A&M University. Hun var ofte en af de få kvinder i en klasse. ”Jeg har aldrig set mig selv som en kvindelig ingeniør, ” siger hun. "Jeg så mig selv som en ingeniør, der forsøger at gøre tingene bedre for verden."
Ved Oregon State University relaterede hun sin bølgekastede epifanie til Alan Wallace, en professor i elektroteknik, der delte hendes fascination med havets magt. ”Vi begyndte at sige, der skal være en måde at udnytte denne energi på, ” husker hun. De studerede bølgeenergikonvertere, som derefter blev produceret og kiggede op gennem århundreder gamle patenter for kontraktioner for at udtrække strøm fra bølger. Nogle lignede vindmøller, dyrebur eller skibspropeller. En moderne en lignede en enorm hval. Alle gadgets havde ét problem til fælles: De var for komplicerede.
Tag for eksempel en enhed kaldet Pelamis Attenuator, som for nylig blev indsat i fire måneder ud for Portugals kyst af Pelamis Wave Power. Det ligner en 500 fod lang rød slange. Når bølger bevæger sig i længden, bøjer maskinen sig op og ned. Bøjningen pumper hydraulisk væske gennem en motor, der genererer elektricitet. Komplekse maskiner som dette er fyldt med ventiler, filtre, rør, slanger, koblinger, lejer, afbrydere, målere, målere og sensorer. Mellemtrinnene reducerer effektiviteten, og hvis en komponent går i stykker, går hele enheden kaput.
Efter at have analyseret feltet, siger von Jouanne, "Jeg vidste, at vi havde brug for et enklere design."
Von Jouannes laboratorium er opkaldt til minde om Wallace, der døde i 2006, men Wallace Energy Systems & Renewables Facility (WESRF) er velkendt som "We Surf." Laboratoriet er malet i dyb blues og grå og med vægmalerier af curlingbølger og har været en forskningsfacilitet og testgrund for så innovative produkter som et altelektrisk flådeskib, et svævefly og Ford Escape Hybrid-motoren. I det ene hjørne er en høj bøje, der ligner et enormt kobber-top batteri. Ved siden af ser en anden bøje ud som to langrendski med tråd spændt ind imellem. Designerne var blandt von Jouannes tidligst. "Gennembrud er næsten altid født af fiaskoer, " siger hun.
Hendes gennembrud var at forestille sig en enhed, der kun har to hovedkomponenter. I de seneste prototyper er en tyk spole kobbertråd inde i den første komponent, som er forankret til havbunden. Den anden komponent er en magnet fastgjort til en svømmer, der bevæger sig op og ned med bølgerne. Når magneten bliver svævet af bølgerne, bevæger dets magnetiske felt sig langs den stationære spole af kobbertråd. Denne bevægelse inducerer en strøm i ledningen - elektricitet. Det er så enkelt.
I begyndelsen af 2005 havde von Jouanne konstrueret en af hendes prototyper og ville teste, om den var vandtæt. Hun trak bølgeenergikonverteren til sin kælder, ind i en flume, der cirkulerer vand for at lade hende svømme på plads. Hendes datter Sydney, dengang 6, sad på prototypen, meget som et segl kunne klæbe fast til en rigtig bøje. Det flød.
Derefter ringede hun til en nærliggende bølgebasseng, hvor folk skal lege i simulerede bølger.
"Lejer du din pool ud?" hun sagde.
"For hvor mange mennesker?" spurgte ledsageren.
"Ikke mange mennesker - en bølgeenergibøje."
Parken donerede to tidlige morgener til hendes venture. Von Jouanne forankrede maskinen med ti 45 pund vægte fra et motionscenter. Det fungerede godt i de legende bølger, bobberede op og ned uden at synke.
Så kom den virkelige test, på en af de længste bølgesimulatorer i Nordamerika.
I den vestlige ende af det grønne Oregon State University-campus, forbi de videnskabelige bygninger med rød mursten, ligger et massivt T-formet stålskur i et kæmpe brolagt parti. Skønt bygningen ligger 50 miles fra Stillehavet og langt uden for rækkevidden af dræbende tidevandsbølger, siger et blå og hvidt metalskilt ved dens indgang "Indtastning i Tsunami Hazard Zone."
Da von Jouanne først bragte en bøje til test i den 342 fod lange betonflume ved Oregon State's Hinsdale Wave Research Laboratory, "gik tingene ikke som planlagt, " siger Dan Cox, anlæggets direktør, med en latter. Von Jouanne og medarbejdere klappede bøjen i den 15 fod dybe kanal og buffede den med to-, tre- og fire-fods bølger. Den første fem fods bølge vippede den om.
”Vi havde et ballastproblem, ” siger von Jouanne noget fårsk. Hun fortsætter, "Vi er elektriske ingeniører, og vi havde virkelig brug for mere hjælp fra havingeniører, men for at få dem havde vi brug for mere finansiering, og for at få mere finansiering havde vi brug for at vise en vis succes."
Von Jouanne fortsatte med at raffinere sine bøjer. En lille gruppe så på, da en fem-fods bølge satte kurs mod en af hendes seneste versioner. Da bøjen løftes med bølgen, tændtes en 40-watts lyspære oven på den, drevet af bølgeenergi. ”Vi jublede alle sammen, ” husker Cox.
Rute 20 vinder fra Oregon State til kysten, men cedertræer og grantræer efter floden Yaquina. Tæt på flodens munding er en sandet spytte med lave bygninger dekoreret med østersskaller og svagt drivved. Brise satte halyards fra den nærliggende marina klamrende mod metalmaster. Dette er hjemstedet for Oregon State's Hatfield Marine Science Center, der er afsat til forskning om marine økosystemer og havenergi.
George Boehlert, havforsker og direktør for centret, ser ud af sit kontor på et felt af bølgende havgræs. "Det, vi ved nu, er det, vi ikke ved, " siger Boehlert, hvis beskidte, blonde krøller ligner havbølger. "Havenergi er et hurtigt bevægende felt, og miljøforskere har mange spørgsmål."
For eksempel absorberer bøjer energi fra bølger, hvilket reducerer deres størrelse og styrke. Ville krympet dønning påvirke sandbevægelsen og strømme nær kysten, måske bidrage til erosion?
Bøjer, såvel som strømkablerne, der ville forbinde til det elektriske net på land, udsender elektromagnetiske felter. Og fortøjningskabler ville tromme i strømme, som en guitarstreng. Kan disse forstyrrelser forveksle hvaler, hajer, delfiner, laks, stråler, krabber og andre havdyr, der bruger elektromagnetisme og lyd til fodring, parring eller navigation?
Ville fugle kollidere med bøje eller skildpadder blive sammenfiltret i kablerne?
Ville ankre skabe kunstige rev, der tiltrækker fisk, der normalt ikke findes i dette levested?
Ville anvendelse, vedligeholdelse og fjernelse af bøjer forstyrre havbunden eller på anden måde ændre havmiljøet?
”Jeg vil også vide svarene på disse spørgsmål, ” siger von Jouanne. "Den sidste ting, jeg vil gøre, er at skade havet og dets smukke væsener." For at undersøge miljørisikoen og lade bølgeenergiingeniører teste deres opfindelser, bygger hun og kolleger i Oregon State, herunder Boehlert, en flydende testkøje i nærheden. Det er planlagt at åbne næste år, og i midten vil det være en bøje fuld af instrumenter til at indsamle data om, hvor godt bølgeenergi-omformere klarer sig.
Testkøjen er del af en massiv indsats for at flytte bølgeenergi ud af laboratoriet og over på det elektriske net. Gennem et nyt energiafdelingsfinansieret nationalt marint vedvarende energicenter vil forskere fra hele landet have chancen for at forfine deres opfindelser i WESRF energilaboratorium, teste dem i Hinsdale-bølgeflume og perfektionere dem i havet. "Dette er hvad vi skal gøre for fuldt ud at udforske bølgeenergi som en del af en portefølje af vedvarende energi for staten, nationen og verden, " siger von Jouanne.
Boehlert og andre siger, at selv hvis bølgeenergi har nogle lokale miljøpåvirkninger, ville det sandsynligvis være langt mindre skadeligt end kul- og oliefyrede kraftværker. "Virkningerne af at fortsætte med at pumpe kulstof i atmosfæren kan være meget værre for livet i havet end bøjer, der buldrer i bølgerne, " siger han. "Vi ønsker, at havenergi skal arbejde."
Von Jouanne slæbte for nylig sin bedst-presterende bøje - sin 11. prototype - ud gennem Yaquina-bugten og halvanden kilometer offshore. Bøjen, der ligner en kæmpe gul flyvende tallerken med et sort rør klæbende gennem midten, var forankret i 140 fod vand. I fem dage steg den og faldt med dønninger og genererede omkring 10 kilowatt strøm. I de næste to til tre år planlægger Columbia Power Technologies, et vedvarende energiselskab, der har støttet von Jouannes forskning, at installere en bøje, der genererer mellem 100 og 500 kilowatt elektricitet i testkabinen ud for Oregon kyst.
"For et par år siden, " siger Cox om von Jouanne, "arbejdede hun med en skobånd. Nu har hun regeringen bag sit arbejde og virksomheder, der banker på hendes dør. Det er utroligt hurtig fremskridt, der lover godt for fremtiden for bølgeenergi. "
En anden af Von Jouannes opfindelser, den første af sin art, er en maskine, der tester bølgeenergikonvertere uden at skulle få dem våde. En prototype bøje er sikret inde i en metalvogn, der efterligner havbølgernes op-og-ned-bevægelse. Elektrisk udstyr overvåger den strøm, bøjen genererer. Testbedet ligner en elevatorbil midt i hendes laboratorium.
Bølgenergiforskere fra andre institutioner er velkomne til at bruge von Jouannes testbed, men i øjeblikket har den en af hendes egne energikonverterbøjer. En studerende, der sidder ved en computer i nærheden, beordrer enheden til at simulere 1 meter høje bølger, der kører 0, 6 meter i sekundet med 6-sekunders intervaller mellem bølgetoppene.
”Det er en lille sommerbølge, ” siger von Jouanne.
Maskinen nynder, svirrer og hæver som en forlystelsesparkstur.
Når bøjen bevæger sig op og ned, registrerer en måler den juice, den producerer. Nålen bevæger sig. En kilowatt, to og derefter tre.
"Det er nok til at få to huse, " siger von Jouanne.
Elizabeth Rusch er en Portland, Oregon-baseret journalist og forfatter af The Planet Hunter og andre børns videnskabsbøger.
Den elektriske bølge : I von Jouannes "bølgeenergi-konverter" er spoler inde i en forankret søjle omgivet af en magnet fastgjort til en svømmer. Bølger bevæger flyderen op og ned, og den elektromagnetiske interaktion genererer strøm. (5W Infographics) 
Efter mange års eksperimenter i laboratorier, bølgebade og endda hendes kælder testede ingeniør Annette von Jouanne konverterprototyper i havet (en kran hejser en bøje i vandet ud for Oregon i 2007). (Annette von Jouanne) 
Annette von Jouanne står i havet langs Oregons Otter Rock Beach, i nærheden af hvor hun eksperimenterede med bølgeenergibøjer. (Med tilladelse fra Annette von Jouanne) 
En båd slæber en bølgenergi-bøje-prototype ud til havet. (Annette von Jouanne) 
Et nærmere kig på en af bøje-prototyperne. Den gule del af bøjen flyder langs vandoverfladen. (Annette von Jouanne) 
Et lys, der skinner ovenpå en bøje, viser, at elektricitet strømmer gennem bøjen. (Annette von Jouanne) 
I von Jouannes laboratorium simulerer en nylig opfindelse bølgefunktion og lader forskerne tørre bøydesign (test en bølgeenergienhed uden float). (Brian Smale) 
Von Jouanne siger, "Vi har haft lovende input om, at [denne teknologi] er vejen at gå." (Brian Smale)
