Wie jeder Schritt, den wir unternehmen, bald dazu beitragen könnte, die atemberaubenden Treibstoffrechnungen in den Griff zu bekommen

Für die Haushalte mag es zwar ein bisschen Kleinarbeit erfordern, aber schottische Forscher glauben, dass sie herausgefunden haben, wie sie die Kraft jedes einzelnen Schritts, den wir unternehmen, effektiv umwandeln können, um die Energiekosten für Privathaushalte zu senken.

Es wird eine Technologie entwickelt, um eine superdünne Matte herzustellen, die, wenn sie auf Böden und unter Haushaltsteppichen platziert wird, die Energie jedes Schritts einfangen kann.

Und sobald die Energie genutzt wird, die beim bloßen Herumlaufen im Haus entsteht, kann sie so lange gesammelt und gespeichert werden, bis genug Energie vorhanden ist, um alltägliche Haushaltsgegenstände, von Glühbirnen bis hin zu Fernsehgeräten, mit Strom zu versorgen.

Die Technologie – die angeblich nur noch wenige Jahre von der kommerziellen Verfügbarkeit entfernt sein wird – bedeutet, dass je mehr wir von der Couch aufstehen und zu Hause aktiv bleiben, desto mehr potenzielle Energie für die Stromversorgung unserer Häuser zur Verfügung steht.

Das Konzept, die kinetische Energie des Menschen zu nutzen, ist nicht neu: Bei den Olympischen Spielen 2012 in London wurden Gehwegplatten verwendet, die die Energie von Schritten in elektrische Geräte umwandelten.

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Die Suche nach einem effizienten Weg, es mit triboelektrischen Nanogeneratoren – Energiegeneratoren, die als TENG bekannt sind – in signifikantem und kommerziell realisierbarem Maßstab einzufangen, um elektronische Geräte, Sensoren und sogar stromhungrige Geräte wie Elektroautos und Drohnen mit Strom zu versorgen, wurde jedoch durch geringe Fortschritte erschwert Haltbarkeit, begrenzte Energieabgabe und Ineffizienz.

Jetzt sagt das in Stirling ansässige Technologieunternehmen Integrated Graphene, es sei das erste weltweit, das ein Produkt auf der Basis des Wundermaterials Graphen entwickelt habe, das zur Lösung des Problems beitragen könne.

Graphen ist stärker als Stahl, dennoch leicht, flexibel und eine Million Mal dünner als der Durchmesser eines einzelnen menschlichen Haares. Doch obwohl es elektrisch und thermisch leitfähig ist, ist es schwierig, es in großem Maßstab herzustellen.

Integrated Graphene hat jedoch einen revolutionären 3D-Graphenschaum namens Gii™ entwickelt, den es nun als aktive Schicht in einem TENG getestet hat.

Die mit Wissenschaftlern des Institute of Thin Films, Sensors and Imaging (ITFSI) der University of the West of Scotland durchgeführte und jetzt in ScienceDirect veröffentlichte Studie zeigt die Kraft eines menschlichen Fußabdrucks auf einer druckempfindlichen Matte, die mit dem innovativen Gii- ausgestattet ist. TENG-Sensoren können genug Energie erzeugen, um Personen, die einen Raum betreten oder verlassen, anonym zu identifizieren.

UWS selbstangetriebene Druckmatte (Bild: UWS)

Dies hat die Aussicht auf den Einsatz als kostengünstige, leicht skalierbare und energieeffiziente Lösung zur Überwachung der Gebäudebelegung und zur Bereitstellung von Daten erhöht, die intelligente Geräte dabei unterstützen, Energieressourcen zu optimieren, indem sie die Raumtemperatur beim Betreten oder Verlassen steuern.

Die Studie legt nahe, dass dies von besonderem Interesse für Schulen und Universitäten sein könnte, die die Messung der Raumbelegung mit einem Lüftungssystem und einem CO2-Monitor verknüpfen könnten.

Sie könnten dann Maßnahmen ergreifen, um die CO2-Menge zu reduzieren, was nachweislich die Konzentrationsfähigkeit beeinträchtigt.

Es besteht auch die Aussicht, dass „intelligente“ Häuser und Arbeitsplätze der nahen Zukunft mit den innovativen Matten ausgestattet werden und die Energie, die durch einfaches Herumlaufen entsteht, erfasst und genutzt wird.

Es könnte auch dazu verwendet werden, Energie aus Aktivitäten wie Golf, Laufen und Tennis zu gewinnen, um intelligente Geräte mit Strom zu versorgen, die Leistungsdaten generieren, und für tragbare Biosensoren, die bei der Frühdiagnose von Gesundheitszuständen wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Gicht und Diabetes eingesetzt werden.

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In größerem Maßstab könnte die Technologie auf Straßen zur Energiegewinnung aus Autos und auf Gehwegen eingesetzt werden, sodass Fußgänger den Strom erzeugen können, der zum Betreiben umliegender intelligenter Geräte erforderlich ist, die mit dem sogenannten Internet der Dinge verbunden sind.

Solche Geräte und Sensoren, viele davon in winziger Größe, werden in den Bereichen Gesundheitswesen, mobile Technologie, Navigation, Automobile, intelligente Gebäude und Fertigung immer häufiger eingesetzt.

Während sie Daten austauschen, die zu einer intelligenteren Energienutzung führen können, wie etwa die Überwachung der Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Wasserqualität und Belegung eines Gebäudes, wird die Zahl solcher Geräte voraussichtlich von heute 10 Milliarden auf 100 Milliarden im Jahr 2030 ansteigen.

Das bedeutet, dass es von entscheidender Bedeutung ist, neue Energielösungen zu finden, die nicht auf Kabel oder Batterien angewiesen sind und möglicherweise menschliche Energie nutzen.

Schätzungen zufolge wird allein der Graphenmarkt bis 2030 auf eine Billion US-Dollar anwachsen.

Marco Caffio, CSO, Integrated Graphene, sagte: „Die Möglichkeiten von Gii-TENG sind endlos und haben das Potenzial, die Grenzen der Technologie über die menschlichen Erwartungen hinaus zu verschieben.

„Es gibt mehrere Verwendungsmöglichkeiten; Eines davon sind Smart Homes, die in der Lage sind, Umweltbedingungen zu überwachen, z. B. ob mehr CO2 in der Umgebung vorhanden ist, ob die Fenster geöffnet sind, ob die Klimaanlagen erhöht oder verringert werden müssen – was das Haus im Allgemeinen energieeffizienter und komfortabler macht .

Marco Caffio, CSO, Integriertes Graphen (Bild: Integriertes Graphen)

„Eine weitere Anwendung ist der Gesundheitssektor, wo wir überwachen können, welche Bedingungen für ältere Menschen am besten geeignet sind, sich in Pflegeheimen wohl zu fühlen.

„Der Hauptvorteil besteht jedoch darin, dass es sich selbst mit Strom versorgt, sodass Sie das Gerät nicht an das Stromnetz anschließen oder eine Batterie verwenden müssen.

„Eine Möglichkeit besteht darin, dass wir es unter einen Teppich oder Fußboden legen können, damit eine Person beim Gehen Energie erzeugt, die für das Überwachungssystem verwendet werden kann, oder sie kann die Energie in einer Batterie oder einer Brennstoffzelle speichern, um sie für andere Zwecke zu verwenden.“ ”

Er sagte, ein solches System könne 10 Watt Energie pro Quadratmeter erzeugen.

In einer geschäftigen Umgebung würde das einfache Gehen zu einer Energiequelle für den Betrieb von Geräten wie Lichtern, Fernsehern und Monitoren werden, sagte er.

„Das wird uns fit halten“, fügte er hinzu.

Er fügte hinzu: „Es besteht ein klarer Bedarf an neuen nachhaltigen Energiequellen und Technologien, die den Strombedarf decken können, der sich aus unserer Abhängigkeit von Technologie für Arbeit, Leben und Freizeit ergibt.“

„Unsere Gii-TENG-Plattform könnte möglicherweise den ständigen Austausch von Batterien in Billionen von Geräten verhindern und die Nutzung von Kabeln reduzieren, wodurch die IoT-Technologie der nahen Zukunft drahtlos und energieautark sein wird.“

Carlos Garcia Nuñez, Dozent an der School of Computing, Engineering and Physical Sciences (CEPS) der UWS, sagte: „Durch unsere Arbeit mit integriertem Graphen haben wir bewiesen, dass die Verwendung von Gii-Material als aktive Schicht in triboelektrischen Nanogeneratoren (TENGs) dies kann fungieren als zuverlässige und kostengünstige Energy-Harvesting-Stromquelle für autonome Sensoren und Elektronik.

„Diese Entdeckung hat enormes Potenzial für die boomende globale Internet-of-Things-Branche (IoT).

„Angesichts des weltweiten Bedarfs an alternativen grünen Energiequellen können Gii-TENGs potenziell eine nachhaltige Energiequelle für die Vielzahl kleiner elektronischer Geräte darstellen, die wir in unserem täglichen Leben verwenden, und uns der Verwirklichung einer umweltfreundlicheren und nachhaltigeren Energie einen Schritt näher bringen.“ -reiche Zukunft.“