Vibrasjoner i bakken kan gi ren energi

Denne artikkelen er produsert og finansiert av Sintef - les mer.

For de fleste av oss er dette usynlige krefter, men ikke for forskere.

Forsker Nikolai Helth Gaukås og kollegene på SINTEF mener denne energien kan brukes der det ellers ikke finnes strøm. (Foto: Emma Sæther)

Vibrasjoner i bakken finnes overalt. De oppstår når biler passerer, når maskiner er i drift eller når jordskorpen beveger seg.

I stedet for å la disse små rystelsene forsvinne, undersøker forskere hvordan de kan omdannes til elektrisitet. 

Det skjer gjennom teknologier som reagerer på bevegelse, bøyning eller trykk, og som klarer å generere små, men stabile mengder strøm.

– Vi kan hente energi fra bevegelser som allerede finnes rundt oss. Det gjør denne teknologien så spennende. Vibrasjonene er der uansett, og vi kan gjøre dem nyttige.

Det sier Claudia Pavez-Orrego, forsker ved Sintef.

– Drømmen er å utvikle noe som kan gjøre hverdagen til beboere i lavinntekts-samfunn bedre, sier forsker Claudia Pavez-Orrego. (Foto: Sintef)

Hun undersøker hvor ulike vibrasjonskilder finnes og hvordan de varierer. Hun forsker også på hvilke teknologier som best kan omdanne dem til energiproduksjon. 

Målet er å utvikle løsninger som kan brukes der det bare trengs små mengder strøm, som for eksempel til å drive sensorer. 

Hvordan fungerer dette i praksis?

Det grunnleggende prinsippet bak vibrasjonsdrevet energi er enkelt: Bevegelse kan omdannes til elektrisitet. 

Dette skjer hovedsakelig på to måter. Den ene er gjennom materialer som lager spenning når de bøyes, strekkes eller komprimeres.

Den andre er elektromagnetisk induksjon, som du sikkert er kjent med fra kjøkkenet. Induksjon er elektrisk strøm som oppstår når en magnet beveger seg forbi en strømleder. 

Alle typer strømledere kan brukes, men kobbertråd er vanligst, fordi materialet leder strøm svært godt.

Begge metodene kan gjøre om kontinuerlige vibrasjoner til små energimengder. Ikke mye, men nok til sensorer, målesystemer og utstyr som må fungere døgnet rundt, uten tilgang til strømnett eller hyppig batteribytte.

Geotermisk energi skaper naturlige vibrasjoner. Energien kan fanges og brukes i sensorer som befinner seg i dypet – og som ikke har tilgang til strøm. Dette er anlegget Bjarnarflag Geothermal Power Plant på Island. (Foto: iStock)

Vi blir stadig mer avhengige av sensorer

En av de største fordelene med vibrasjonsdrevet energi er at kilden aldri forsvinner. I bymiljøer skapes det konstant små rystelser fra trafikk, byggearbeid og kollektivtransport.

I naturen finnes det en kontinuerlig bakgrunnsstøy av geologiske bevegelser som vi ikke merker. Men teknologien kan utnytte den. Fordi vibrasjoner er både utbredte og stabile, blir de en svært tilgjengelig energikilde som er uavhengig av vær.

Ofte kan selv små mengder energi være svært verdifulle. 

Apparater som samler vibrasjon kan drive sensorer. De kan igjen overvåker broer, vannsystemer, miljø, naturfare, jordskjelvaktivitet eller vannkvalitet. 

Dette kan fungere selv i områder der strømnett og batteriforsyning er urealistisk.

Denne dingsen fanger vibrasjoner – og gjør dem om til energi. Teknologien kan brukes der det ikke finnes strøm, for eksempel i regioner som mangler stabil tilgang til elektrisitet. (Foto: Emma Sæther)

Fra teori til virkelighet

Arbeidet startet med å kartlegge ulike typer vibrasjonskilder. De så på både naturlige vibrasjoner som jordskjelv og menneskeskapte vibrasjoner fra for eksempel gruvedrift eller trafikk.

Deretter utviklet forskerne digitale modeller av apparater som kan høste vibrasjon. Så finjusterte teamet dem ved hjelp av omfattende datasimuleringer.

Til slutt ble det laget og testet prototyper i en vibrasjonsrigg i laboratoriet. Her kunne forskerne etterligne vibrasjoner slik de faktisk opptrer i virkeligheten.

– Å forstå hvordan denne teknologien fungerer i laboratoriet er én ting. Å få den til å fungere ute i felt er noe helt annet. Vibrasjoner varierer enormt mellom bykjerner, fjellområder, industriområder og seismisk aktive soner. Derfor måtte vi teste teknologien i ulike miljøer, sier forsker Nikolai Helth Gaukås.

Liten energimengde med stor betydning

Høsting av vibrasjon er ikke ment å erstatte sol-, vind- eller vannkraft. 

Disse etablerte teknologiene er langt mer effektive der de kan brukes. Men som et tillegg kan bruk av vibrasjon spille en viktig rolle i den grønne omstillingen.

Ifølge forskerne er teknologien særlig nyttig på steder der sol, vind og vannkraft ikke er tilgjengelig. Det kan for eksempel være dypt inne i gruver, under bakken i CO2-lagringsanlegg, på havbunnen eller inne i lukkede konstruksjoner.

Prosjektet er finansiert gjennom Global Research Council sitt program for FNs bærekraftmål. Det har derfor også et tydelig samfunnsoppdrag. 

– En viktig del av arbeidet er å utvikle teknologi som kan komme samfunn uten høy inntekt til gode. Derfor har en av grunnprinsippene i prosjektet vært å gjøre teknologien så kostnadseffektiv som mulig, sier Pavez-Orrego.

– Drømmen er å utvikle noe som kan gjøre hverdagen til beboere i lavinntekts-samfunn bedre, sier hun.