Onderzoekers willen energie winnen uit regendruppels

Onderzoekers van de Chinese Tsinghua University willen energie gaan winnen uit regendruppels. Dergelijke technologie bestaat al langer, maar kent zijn beperkingen wat betreft onder meer opbrengst. Het nieuwe aanpak moet ervoor een vijfmaal hoger piekvermogen mogelijk maken dan met conventionele technologie voor regendruppelenergie mogelijk is.

Regendruppels die uit de lucht vallen genereren een kleine hoeveelheid energie. Het afvangen van deze energie is niet nieuw en al langer mogelijk met behulp van een droplet-based triboelectric nanogenerator (D-TENG). De technische werking van deze methode is eerder al aangetoond. Een D-TENG maakt gebruik van vloeistof-vast contactelektrificatie. Dezelfde technologie is ook toepasbaar voor onder meer het opwekken van energie uit golfbewegingen.

‘Ieder druppel genereert een kleine lading’

De methode voor energieopwekking is vergelijkbaar met waterkracht, maar dan op (zeer) kleine schaal. Indien een regeldruppel op het oppervlak van een D-TENG-paneel valt – wat ook wel het FEP-oppervlak heet – krijgt de druppel een positieve lading. Tegelijkertijd krijgt het FEP-oppervlak juist een negatieve lading.

“De lading die iedere druppel genereert is klein en de oppervlaktelading op het FEP verdwijnt geleidelijk. Na een lange tijd op het oppervlak zorgen de ladingen op het FEP-oppervlak geleidelijk voor verzadiging”, licht Li toe. “Op dit punt is het dissipatietempo in balans met de lading die ieder impact van de druppel genereert.”

Beperkte schaalbaarheid vormt belangrijke beperking

Een belangrijke beperking bij de inzet van de technologie was tot nu toe de beperkte schaalbaarheid. Zo blijkt het aan elkaar verbinden van meerdere D-TENGS in de praktijk een flinke uitdaging. Dit beperkte de maximale hoeveelheid energie die met een dergelijke systeem opwekbaar is. In de praktijk is dit een belangrijke beperking voor het toepassen van de technologie.

“Hoewel D-TENGs een zeer hoge directe energieafgifte kennen, is het nog altijd moeilijk voor een enkelvoudige D-TENG om continu energie te leveren voor megawatt-niveau elektrische apparatuur. Dit maakt het zeer belangrijke de gelijktijdige inzet van meerdere D-TENG’s te realiseren”, licht Zong Li, als hoogleraar verbonden aan Tsinghua Shenzhen International Graduate School van de Tsinghua University in het Chinese Shenzhen. “Refererend naar het ontwerp van zonnepanelen waarin meerdere zonne-energie-opwekkende units in serie zijn geschakeld voor het leveren van de lading, stellen we een eenvoudige en effectieve methode voor het winnen van energie uit regendruppels voor.”

Onbedoelde capacitantie

Een van de uitdagingen die het verbinden van meerdere D-TENG’s met zich meebrengt is de onbedoelde capacitantie die ontstaat tussen de bovenste en onderste elektrode van de panelen. Deze capacitantie beperkt de maximale energie-afgifte van D-TENG-installaties. Als oplossing zetten de onderzoeker in op bridge-array-generatoren, die een serie van lagere elektrodes gebruikt voor het beperken van de impact van capacitantie.

Ook experimenteren de onderzoekers met het dikker maken van de D-TENG panelen. Een dikker oppervlak blijkt tijdens experimenten namelijk te leiden tot een lagere capacitantie, terwijl de energie-dichtheid van het paneel behouden blijft. Dit kan de prestatie van de bridge-array-generator verder verbeteren.

Tot 200 watt per vierkante meter

Het piekvermogen van de bridge-array-generatoren is bijna 5 keer hoger dan dat van de conventionele technologieën voor regendruppelenergie van dezelfde omvang, tot 200 watt per vierkante meter. De onderzoekers hopen dat hun bevindingen het winnen van energie uit regendruppels op grote schaal dichterbij brengt.

Meer informatie is beschikbaar in een paper die recent door de onderzoekers is gepubliceerd in iEnergy, wat een publicatie van de Tsinghua University is.

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Afbeelding: Roman Grac via Pixabay