Power / Performance Bits: 1 februari

Op zeewier geïnspireerde energieoogst
Onderzoekers van de Dalian Maritime University, Georgia Institute of Technology en Sun Yat-sen University ontwikkelden flexibele stroomgeneratoren die boots de manier na waarop zeewier zwaait om oppervlakte- en onderwatergolven efficiënt om te zetten in elektriciteit om apparaten op zee van stroom te voorzien.

Netwerken van sensoren zijn verspreid over kustgebieden, verzamelen informatie over stromingen, getijden, waterkwaliteit en bieden navigatiehulp aan schepen. Deze sensoren zijn vaak afhankelijk van batterijen die moeten worden vervangen en bevinden zich niet op geschikte locaties om te profiteren van zonne- of windenergie.

Geïnspireerd door de planten die op de zeebodem leven, ontwikkelden de onderzoekers flexibele tribo-elektrische nanogeneratoren (TENG's). Door de manier te kopiëren waarop strengen zeewier trillen, kunnen de flexibele TENG's golfbewegingen benutten.

Om de tribo-elektrische oppervlakken te maken, bekleedden de onderzoekers stroken van 1.5 bij 3 inch van twee verschillende polymeren met geleidende inkt. Vervolgens werd een kleine spons tussen de strips geklemd, waardoor een dunne luchtspleet ontstond, en de hele eenheid werd afgedicht, waardoor een TENG ontstond. Tijdens tests, terwijl de TENG's in het water op en neer werden bewogen, bogen ze heen en weer, waardoor elektriciteit werd opgewekt. Toen de onderzoekers de TENG's in een waterdruk plaatsten die vergelijkbaar was met die onder water in kustgebieden, ontdekten ze dat de luchtspleet tussen de twee geleidende materialen kleiner werd. De apparaten genereerden echter nog steeds een stroom bij een druk van 100 kPa – dezelfde druk die doorgaans bestaat op een waterdiepte van 30 meter waar er vrijwel geen golfbeweging onder water is.

Ten slotte gebruikten de onderzoekers een golftank om aan te tonen dat meerdere TENG's gebruikt konden worden als een mini-onderwaterkrachtcentrale, die energie leverde voor een thermometer, 30 LED's of een knipperend LED-baken van een miniatuurvuurtoren. De onderzoekers zeggen dat hun zeewierachtige TENG de afhankelijkheid van batterijen in kustgebieden zou kunnen verminderen, ook voor mariene sensoren.

Algen gevangen zetten voor kunstmatige fotosynthese
Onderzoekers van de Nanyang Technological University Singapore onderzoeken hoe de kunstmatige fotosynthese kan worden verbeterd en hebben dat ontdekt het omhullen van algeneiwit in vloeibare druppeltjes kan de lichtopvang- en energieconversie-eigenschappen van de algen tot wel drie keer dramatisch verbeteren.

Kunstmatige fotosynthese is een potentiële manier om op duurzame wijze elektriciteit op te wekken, zonder de afvalbijproducten van de productie van zonnepanelen. Als alternatief zou onderzoek ernaar ook de prestaties van fotovoltaïsche zonne-energie kunnen helpen verbeteren.

“Kunstmatige fotosynthese is niet zo efficiënt als zonnecellen bij het opwekken van elektriciteit. Het is echter duurzamer en duurzamer. Door de toenemende belangstelling voor milieuvriendelijke en hernieuwbare technologieën heeft het extraheren van energie uit licht-oogstende eiwitten in algen aanzienlijke belangstelling gewekt op het gebied van bio-energie”, zegt assistent-professor Chen Yu-Cheng van de School of Electrical and Electronic Engineering van NTU Singapore.

De onderzoekers keken naar een bepaald type eiwit dat voorkomt in rode algen, genaamd phycobiliproteïnen, die verantwoordelijk zijn voor het absorberen van licht in algencellen om de fotosynthese op gang te brengen. “Vanwege hun unieke lichtgevende en fotosynthetische eigenschappen hebben phycobiliproteïnen veelbelovende potentiële toepassingen in de biotechnologie en solid-state apparaten. Het stimuleren van de energie uit het lichtoogstapparaat heeft centraal gestaan ​​bij de ontwikkelingsinspanningen voor organische apparaten die licht als energiebron gebruiken”, aldus Chen.

Om de hoeveelheid energie die algen kunnen genereren te vergroten, ontwikkelde het onderzoeksteam een ​​methode om rode algen in kleine vloeibare kristallen microdruppeltjes van 20 tot 40 micron in te sluiten en deze aan licht bloot te stellen.

Wanneer licht de druppel raakt, ontstaat er een ‘whispering-gallery’-effect, waarbij lichtgolven zich rond de gebogen randen van de druppel verplaatsen. Licht wordt effectief voor langere tijd in de druppel opgesloten, waardoor er meer mogelijkheden zijn voor fotosynthese.

“De druppel gedraagt ​​zich als een resonator die veel licht tegenhoudt”, zegt Chen. “Hierdoor worden de algen meer blootgesteld aan licht, waardoor de fotosynthese toeneemt. Een soortgelijk resultaat kun je bereiken door ook de buitenkant van de druppel met het algeneiwit te bedekken.”

De onderzoekers zeggen dat de druppels gemakkelijk in bulk kunnen worden geproduceerd tegen lage kosten, en stellen voor dat ze kunnen worden gebruikt in ‘algenkwekerijen’, waar dichtgroeiende algen in watermassa’s uiteindelijk kunnen worden gecombineerd met grotere vloeibare kristaldruppeltjes om drijvende kracht te creëren. generatoren.

“De microdruppeltjes die in onze experimenten worden gebruikt, hebben het potentieel om te worden opgeschaald naar grotere druppels die vervolgens kunnen worden toegepast op algen buiten een laboratoriumomgeving om energie te creëren. Hoewel sommigen de groei van algen misschien als lelijk beschouwen, spelen ze een zeer belangrijke rol in het milieu. Onze bevindingen laten zien dat er een manier is om wat sommigen als ‘bioafval’ beschouwen, om te zetten in bio-energie”, aldus Chen.