Piezoelektrisk energi: Udnyttelse af menneskelig bevægelse til at generere elektricitet

den piezoelektriske plader er en innovativ teknologi, der tillader konvertere fodtrin, hop og andre bevægelser af den menneskelige krop til elektrisk energi. Den genererede energi kommer fra det mekaniske tryk, der påføres et piezoelektrisk materiale, som har evnen til at generere en elektrisk strøm, når det udsættes for deformation eller friktion.

Den mest nysgerrige og ofte citerede sag er den bæredygtig natklub i London, hvor energien genereret af deltagernes bevægelser driver en del af belysningen og andre elektriske systemer. Disse typer installationer er begyndt at blive implementeret i bymiljøer med høj fodgængertrafik, hvilket forbedrer energieffektiviteten og reducerer CO2-fodaftrykket.

Hvordan virker piezoelektricitet?

Fænomenet piezoelektricitet er baseret på kapacitet af visse materialer at generere en elektrisk strøm, når der påføres en mekanisk deformation. Når et piezoelektrisk materiale, såsom kvarts, strækkes eller komprimeres, omarrangeres dets atomer, hvilket skaber en elektrisk potentialforskel, der kan kanaliseres og udnyttes.

Denne proces har to hovedanvendelser:

• Direkte generering af energi: Fodtrin eller trin af mennesker i et miljø genererer for eksempel små elektriske strømme, der kan bruges til at belyse eller drive små enheder.
• Produktion af elektriske signaler: Denne egenskab er traditionelt blevet brugt i enheder som lightere eller lightere, hvor der genereres en gnist ved hver tryk.

Anvendelser af piezoelektrisk energi

Piezoelektricitet har en bred vifte af applikationer som positionerer det som en nøgleteknologi for moderne og smarte byer, der søger at optimere energieffektiviteten.

Nogle af dens vigtigste applikationer er:

• På etagerne i travle rum: Lande som Japan er begyndt at installere piezoelektriske plader i metrostationer for at omdanne millioner af brugeres kinetiske energi til elektricitet.
• Smarte veje: Israel har iværksat projekter for at bruge passage af køretøjer på vejene som en energikilde. Med hver forbipasserende bil genereres en lille mængde elektricitet, som kan reducere afhængigheden af ​​andre energikilder i vejbelysningsanlæg.
• Bærbare enheder: Piezoelektrisk energi kan anvendes til at drive biomedicinske enheder eller wearables, der drager fordel af menneskelig bevægelse, såsom hjerteslag eller hverdagsbevægelser.
• Offentlig belysning: Der er udviklet piezoelektriske fortove, der lagrer den energi, der genereres af fodgængerfelter, for at oplyse gader og alléer om natten.

Materialer brugt i piezoelektricitet

De vigtigste piezoelektriske materialer er begge dele naturlige og syntetiske, som tillader dens tilgængelighed og effektivitet i forskellige applikationer. Disse materialer har til fælles en indre krystallinsk struktur, der mangler et symmetricenter.

Nogle af de mest almindeligt anvendte piezoelektriske materialer omfatter:

• kvarts: Måske den bedst kendte, denne krystal er i stand til at generere elektricitet, når der påføres tryk på den.
• turmalin: Anvendes i tryksensorer og andre elektroniske applikationer på grund af dets stabilitet.
• Cerámica: Titanater såsom bly-zirconat titanat (PZT) er meget almindelige i industrielle applikationer på grund af deres meget afstembare piezoelektriske egenskaber.

Emblematiske projekter og innovation

Rundt om i verden er der adskillige flagskibsprojekter, der fører piezoelektrisk energi til nye grænser. En af de mest bemærkelsesværdige er Movistar projekt på Santiago Bernabéu Stadion i Madrid, hvor der blev installeret piezoelektriske plader under stadiontribunerne for at generere elektricitet fra fansens bevægelse. Denne energi drev en gigantisk LED-skærm i en nærliggende by, så beboerne kunne følge kampen live.

Et andet interessant tilfælde er Pavegen -systemer, et London-firma, der har installeret piezoelektriske fliser i forskellige byer for at bruge den energi, der genereres af fodgængere, til bæredygtige formål. Deres projekter viser det enorme potentiale af denne teknologi til at forbedre byernes bæredygtighed.

Udfordringen med effektivitet i piezoelektricitet

En af de største udfordringer, som denne type teknologi står over for, er effektivitet i at omdanne kinetisk energi til elektricitet. Mængderne af produceret elektricitet er relativt små sammenlignet med andre vedvarende energikilder såsom sol eller vind. Men dens holdbarhed, den lette integration med eksisterende infrastrukturer og muligheden for at kombinere den med andre rene energier, positionerer den som en værdifuld mulighed for byprojekter eller enheder, der kræver lidt energi.

Med et scenario, hvor omkostningerne til piezoelektriske materialer er blevet reduceret takket være masseproduktionen af ​​elektroniske komponenter, fremtiden for piezoelektricitet er lovende. Efterhånden som effektiviteten og produktionsomkostningerne falder, vil dens anvendelse i smarte byer fortsætte med at stige.

Sammenfattende, den piezoelektrisk energi Det fremstår som en levedygtig og bæredygtig løsning for at drage fordel af menneskers og køretøjers bevægelser, især i byer og miljøer med stor trafik. Selvom der stadig er udfordringer med hensyn til at forbedre effektiviteten, gør dets store potentiale til at supplere andre vedvarende energikilder, dets integration i byinfrastruktur og dets evne til at generere elektricitet i tætbefolkede områder, det til en attraktiv mulighed for fremtidens energi.