Næste gang du løber gennem en lufthavn for at fange dit fly eller sprænge en bevægelse på dansegulvet, kan du også generere ren, grøn energi. I det mindste er det håbet fra Xudong Wang og hans team af forskere ved University of Wisconsin-Madison.
Ingeniørerne har opfundet en ny type gulve lavet af bæredygtige materialer, der omdanner fodspor til brugbar energi. Og det bedste er, at det er lavet af et almindeligt affaldsmateriale: træmasse.
Med en forventet stigning i oliepriserne lige rundt om hjørnet er det vigtigt at finde nye energikilder - grøn energi. Mens solenergien ser ud til at holde fast, med USAs solkapacitet vokser med 43 procent hvert år og andre innovationer som soltekstiler måneder væk fra markedet, er der stadig et behov for at tænke uden for den solrige vindueskasse.
Gå ind i Wang og hans forskerteam.
”Dette er en helt anden energikilde, ” siger Wang, lektor i materialevidenskab og teknik ved UW-M. Forskningen blev udført af Wang, hans kandidatstuderende, Chunhua Yao og flere andre, og blev offentliggjort i Nano Energy i september. ”Solen kommer fra solen, og denne type energi kommer fra folk, der går eller cykler der passerer. Og det udnyttes helt anderledes. ”
Det har også helt andre anvendelsesområder end sol, fordi det ikke afhænger af solrige himmel for at arbejde; alt hvad det behøver er et par mennesker til at gå på tværs af det. Wangs gulve genererer energi gennem vibrationer, der er kendt som triboelektricitet.
”Vi bruger en triboelektrisk energihøstningsplade lavet af cellulosefibre, der er kemisk behandlet for at tiltrække elektroner, ” siger Wang, der anerkender, at de kemiske detaljer ikke kan frigives, før patentanmeldelsesprocessen er afsluttet.
Forskerne behandlede kemisk de træmasse nanofibre, som gulvbelægningen er lavet af med to forskelligt ladede materialer, så når nogen går hen over gulvet, samvirker disse fibre derefter med hinanden, svarende til statisk elektricitet. Elektroner, der frigøres ved denne vibration, opsamles derefter af en kondensator, der er fastgjort til gulvet, og energien gemmes til senere brug. Sæt et batteri eller en anden enhed i kondensatoren, og energien kan bruges.
Nanofibre af træmasse i gulvet behandles kemisk med to forskelligt ladede materialer, så når nogen går hen over gulvet, samvirker disse fibre med hinanden. (Stephanie Precourt / UW-Madison College of Engineering) Wang mener, at hans gulve kan være den næste store ting for grøn bygning, fordi det er en billig vedvarende energikilde, der anvender genanvendelige materialer. Det er meget mere gennemførligt at installere denne type gulve end dets dyrere modstykker, f.eks. Solpaneler, på grund af brugen af bæredygtig - og rigelig - træmasse.
Wang siger, at det kunne placeres i områder med høje niveauer af fodtrafik som lufthavne, sportsstadioner eller indkøbscentre. Faktisk håber Wang, at det triboelektriske gulv vil udvide sig ud over kommerciel brug og infiltrere huse som gulve, der kan oplade lys og apparater. Det endelige produkt vil ligne trægulve, der allerede er installeret i millioner af hjem.
Ideen er til sidst at bruge dette innovative design til at fange ”vejeneergi.” Alligevel er Wangs design ikke som den nuværende teknologi, der allerede er brugt til denne type høstning - keramiske baserede piezoelektriske materialer - og, siger Wang, “træmasse kan være mere sårbar over for de barske forhold, ”hvilket betyder, at det ville være nødvendigt med en bedre grænseflade eller emballage for at fungere som erstatning for asfalt.
Som enhver anden type ny teknologi vil der være nogle indledende begrænsninger.
”Den største udfordring for triboelektrisk energi er dens utraditionelle, ” siger Eric Johnson, chefredaktør emeritus for tidsskriftet Environmental Impact Assessment Review . ”For at få succes kræver det investeringer. Investorer kan lide fortrolighed, hvis ikke sikkerhed - noget de ved. ”
Johnson påpeger, at mange af de nuværende mainstream-teknologier havde lignende forhindringer at springe på. Sol, for eksempel, engang som et vanskeligt at sluge koncept, dominerer nu bogstaveligt talt markedet for vedvarende energi.
Uanset hvor den alternative energisektor fortsætter med at gøre store fremskridt på markedet, siger Johnson, at beslutningen om at komme videre med mange af disse innovationer generelt afhænger mindre af den aktuelle teknologi og mere af økonomi og opfattet sikkerhed.
Så Wang og hans team skal først bygge en prototype for at teste gulve i større skala.
”Lige nu er det lille stykke, vi tester i vores laboratorium, cirka fire kvadratmeter og kan producere en milliwatt strøm, ” siger Wang. Holdet udførte en simpel beregning af et gulvområde på 10 fod og 10 fod dækket med deres triboelektriske gulve. Ved at antage, at gennemsnitligt 10 personer gik på området og hver person tog to trin hvert sekund, ville den samlede energiproduktion være ca. 2 Joules per sekund. For at sige det på en anden måde, siger Wang, at den producerede mængde energi ville svare til ca. 30 procent af et iPhone 6-batteri.
"Fordi dette er sådan en omkostningseffektiv tilgang, da den bruger genbrugte materialer, " siger Wang, "vi forsøger at gøre det til store gulvpaneler for at installere det på et sted med stor trafik for virkelig at teste, hvor meget strøm der kan produceres."
De arbejder med det Madison-baserede skovproduktlaboratorium, som er det eneste føderale laboratorium, der er dedikeret til forskning i skovprodukter og primært bruges af US Forest Service. Laboratoriet leverer ikke kun træmassefibre, men hjælper også teamet med at skabe en større prototype.
Heldigvis kan Wang vælge et område med høj trafik på UW-M's campus for at teste det. Med over 43.000 studerende på campus til enhver tid vil hans prototype helt sikkert få en stor træning.
