Um novo gerador que converte em energia oceânica

Um novo gerador que converte em energia oceânica

Tsunamis, furacões e clima marinho são monitorados usando sensores e outros dispositivos em plataformas no oceano para ajudar a manter as comunidades costeiras seguras – até que as baterias nessas plataformas fiquem sem carga. Sem energia, os sensores oceânicos não podem coletar dados críticos sobre ondas e clima, levando a preocupações de segurança para as comunidades costeiras que dependem de informações meteorológicas marinhas precisas. A substituição de baterias no mar também é cara. E se tudo isso pudesse ser evitado ligando os dispositivos indefinidamente com a energia das ondas do mar?

Os pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) estão trabalhando para tornar isso uma realidade, desenvolvendo um novo nanogerador cilíndrico nanoelétrico (TENG) – uma pequena usina que converte a energia das ondas em eletricidade para alimentar dispositivos no mar. Versões maiores deste gerador podem ser usadas para alimentar sistemas de monitoramento e comunicação oceânica, incluindo telemetria acústica e por satélite.

“Tengs são de baixo custo, leves e podem converter com eficiência ondas lentas, regulares ou aleatórias em energia – tornando-os adequados para operar instrumentos em mar aberto, onde o monitoramento e o acesso são difíceis e caros”, explicou Daniel Ding, especialista do PNNL. Colega de laboratório e co-desenvolvedor do novo dispositivo TENG.

Ding e sua equipe adotaram uma nova abordagem para desenvolver torres cilíndricas para uso em mar aberto. O nanogerador cilíndrico triboelétrico de dupla frequência com patente pendente (FMC-TENG) usa ímãs cuidadosamente posicionados para converter energia com mais eficiência do que outros TENGs cilíndricos e converter melhor ondas lentas uniformes em eletricidade. Até agora, o protótipo FMC-TENG conseguiu produzir eletricidade suficiente para alimentar um transmissor acústico – um tipo de sensor frequentemente incluído em plataformas de monitoramento oceânico que podem ser usadas para comunicações. Esta é a mesma quantidade de eletricidade que uma lâmpada LED consome.

“Estamos desenvolvendo o FMC-TENG para alimentar tudo, desde plataformas de monitoramento oceânico com vários sensores até comunicações por satélite, tudo usando o poder do oceano”, disse Ding.

Peles artificiais, ímãs e ondas para energia

Se você já levou um choque de eletricidade estática, experimentou pessoalmente o efeito da fricção eletrostática – o mesmo efeito que os pesquisadores do FMC-TENG usam para produzir energia. O TENG cilíndrico consiste em dois cilindros sobrepostos com o cilindro interno girando livremente. Entre os dois cilindros estão tiras de pele falsa, eletrodos de alumínio e uma substância semelhante ao Teflon chamada etileno propileno fluorado (FEP). À medida que o TENG rola ao longo da superfície de uma onda do oceano, a pele artificial e os eletrodos de alumínio de um cilindro se esfregam contra o material FEP do outro cilindro, criando eletricidade estática que pode ser convertida em energia.

Quanto mais o TENG cilíndrico se move, mais energia ele gera. É por isso que ondas rápidas e frequentes podem gerar mais energia do que as ondas mais lentas e uniformes do mar aberto. Para criar um TENG que pudesse alimentar eletrônicos em mar aberto, Deng e sua equipe decidiram aumentar a quantidade de energia das ondas convertida em eletricidade no FMC-TENG. A chave estava pausando o movimento do cilindro interno do FMC-TENG.

No FMC-TENG, a equipe colocou ímãs para impedir que o cilindro interno do dispositivo girasse até atingir a crista da onda, permitindo acumular cada vez mais energia potencial. Ao se aproximar da crista da onda, o ímã é liberado e o cilindro interno começa a rolar pela onda muito rapidamente. Um movimento mais rápido produz eletricidade com mais eficiência, gerando mais energia do que uma onda mais lenta.

Um novo nanogerador que aproveita a energia renovável das ondas do mar aberto pode alimentar decks de observação e muito mais no meio do oceano. (Animação de Sarah Levine | Pacific Northwest National Laboratory)

Conversor de energia das ondas para o mar aberto

Atualmente, o protótipo FMC-TENG pode produzir energia suficiente para alimentar pequenos eletrônicos, como sensores de temperatura e transmissores de áudio. Enquanto a equipe replica seu projeto para uso comercial, espera-se que o FMC-TENG produza energia suficiente para alimentar toda uma plataforma de monitoramento de oceano aberto, composta por vários sensores e comunicações por satélite. Além disso, o FMC-TENG é leve e pode ser usado tanto em dispositivos de flutuação livre quanto em plataformas ancoradas.

“O FMC-TENG é único porque existem poucos conversores de energia das ondas tão eficientes e capazes de gerar energia significativa a partir de ondas oceânicas de baixa frequência”, disse Ding. “Esse tipo de gerador pode alimentar bóias integradas com matrizes de sensores para rastrear dados de água, vento e clima do oceano aberto inteiramente usando energia oceânica renovável”.

Esta pesquisa foi financiada pelo Escritório de Hidrotecnologias do Departamento de Energia por meio do Programa de Mudas e Mudas Marinhas e publicada na revista nano energia….. Além de Deng, a equipe de pesquisa incluiu Hyunjun Jung do PNNL, Habilou Ouro-Koura, Aljon Salalila e Marsobyn Salalila.

Cortesia do Pacific Northwest National Laboratory.

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