Piezoelektrische Energie: Nutzung menschlicher Bewegung zur Stromerzeugung

Die piezoelektrische Platten sind eine innovative Technologie, die es ermöglicht wandeln Schritte, Sprünge und andere Bewegungen des menschlichen Körpers in elektrische Energie um. Die erzeugte Energie entsteht durch den mechanischen Druck, der auf ein piezoelektrisches Material ausgeübt wird, das bei Verformung oder Reibung einen elektrischen Strom erzeugen kann.

Der merkwürdigste und am häufigsten zitierte Fall ist der nachhaltiger Nachtclub in London, wo die durch die Bewegungen der Teilnehmer erzeugte Energie einen Teil der Beleuchtung und anderer elektrischer Systeme mit Strom versorgt. Diese Art von Installationen werden zunehmend in städtischen Umgebungen mit hohem Fußgängerverkehr eingesetzt, wodurch die Energieeffizienz verbessert und der CO2-Fußabdruck verringert wird.

Wie funktioniert Piezoelektrizität?

Das Phänomen der Piezoelektrizität basiert auf dem Kapazität bestimmter Materialien um bei mechanischer Verformung einen elektrischen Strom zu erzeugen. Wenn ein piezoelektrisches Material wie Quarz gedehnt oder komprimiert wird, ordnen sich seine Atome neu an, wodurch eine elektrische Potenzialdifferenz entsteht, die kanalisiert und genutzt werden kann.

Dieser Prozess hat zwei Hauptanwendungen:

• Direkte Energieerzeugung: Die Schritte oder Schritte von Menschen in einer Umgebung erzeugen beispielsweise kleine elektrische Ströme, die zum Beleuchten oder Betreiben kleiner Geräte verwendet werden können.
• Erzeugung elektrischer Signale: Diese Eigenschaft wird traditionell in Geräten wie Feuerzeugen oder Feuerzeugen genutzt, bei denen bei jedem Drücken ein Funke erzeugt wird.

Anwendungen piezoelektrischer Energie

Piezoelektrizität hat eine breites Anwendungsspektrum Dies positioniert es als Schlüsseltechnologie für moderne und intelligente Städte, die die Energieeffizienz optimieren möchten.

Einige seiner Hauptanwendungen sind:

• Auf den Böden belebter Räume: Länder wie Japan haben damit begonnen, piezoelektrische Platten in U-Bahn-Stationen zu installieren, um die kinetische Energie von Millionen von Benutzern in Elektrizität umzuwandeln.
• Intelligente Straßen: Israel hat Projekte gestartet, um den Verkehr von Fahrzeugen auf Straßen als Energiequelle zu nutzen. Mit jedem vorbeifahrenden Auto wird eine kleine Menge Strom erzeugt, was die Abhängigkeit von anderen Energiequellen in Straßenbeleuchtungssystemen verringern kann.
• Tragbare Geräte: Piezoelektrische Energie kann zur Stromversorgung biomedizinischer Geräte oder Wearables eingesetzt werden, die von menschlichen Bewegungen profitieren, beispielsweise dem Herzschlag oder alltäglichen Bewegungen.
• Öffentliche Beleuchtung: Es wurden piezoelektrische Gehwege entwickelt, die die bei Fußgängerüberwegen erzeugte Energie speichern, um Straßen und Alleen nachts zu beleuchten.

Materialien, die in der Piezoelektrizität verwendet werden

Die wichtigsten piezoelektrischen Materialien sind beide natürlich und synthetisch, was seine Verfügbarkeit und Effizienz in verschiedenen Anwendungen ermöglicht. Gemeinsam ist diesen Materialien eine innere Kristallstruktur ohne Symmetriezentrum.

Zu den am häufigsten verwendeten piezoelektrischen Materialien gehören:

• Quartz: Der vielleicht bekannteste Kristall ist in der Lage, Elektrizität zu erzeugen, wenn Druck auf ihn ausgeübt wird.
• Turmalin: Wird aufgrund seiner Stabilität in Drucksensoren und anderen elektronischen Anwendungen verwendet.
• Keramik: Titanate wie Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) sind aufgrund ihrer hochgradig einstellbaren piezoelektrischen Eigenschaften in industriellen Anwendungen sehr verbreitet.

Emblematische Projekte und Innovationen

Weltweit gibt es mehrere Vorzeigeprojekte, die die piezoelektrische Energie in neue Dimensionen führen. Eines der bemerkenswertesten ist das Movistar-Projekt im Santiago-Bernabéu-Stadion in Madrid, wo piezoelektrische Platten unter den Stadiontribünen installiert wurden, um aus der Bewegung der Fans Strom zu erzeugen. Diese Energie versorgte einen riesigen LED-Bildschirm in einer nahegelegenen Stadt mit Strom und ermöglichte es den Bewohnern, das Spiel live zu verfolgen.

Ein weiterer interessanter Fall ist der von Pavegen-Systeme, ein Londoner Unternehmen, das in verschiedenen Städten piezoelektrische Fliesen installiert hat, um die von Fußgängern erzeugte Energie für nachhaltige Zwecke zu nutzen. Ihre Projekte zeigen das enorme Potenzial dieser Technologie, die Nachhaltigkeit von Städten zu verbessern.

Die Herausforderung der Effizienz in der Piezoelektrizität

Eine der größten Herausforderungen dieser Art von Technologie ist die Effizienz bei der Umwandlung kinetischer Energie in Elektrizität. Die erzeugten Strommengen sind im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energiequellen wie Sonne oder Wind relativ gering. Seine Langlebigkeit, die einfache Integration in bestehende Infrastrukturen und die Möglichkeit, ihn mit anderen sauberen Energien zu kombinieren, machen ihn jedoch zu einer wertvollen Option für städtische Projekte oder Geräte, die wenig Energie benötigen.

Angesichts eines Szenarios, in dem die Kosten für piezoelektrische Materialien dank der Massenproduktion elektronischer Komponenten gesunken sind, Die Zukunft der Piezoelektrizität ist vielversprechend. Da Effizienz und Produktionskosten sinken, wird die Anwendung in Smart Cities weiter zunehmen.

Zusammenfassend, die piezoelektrische Energie Es erweist sich als praktikable und nachhaltige Lösung, um die Bewegung von Menschen und Fahrzeugen zu nutzen, insbesondere in Städten und Umgebungen mit hohem Verkehrsaufkommen. Obwohl es immer noch Herausforderungen hinsichtlich der Verbesserung der Effizienz gibt, ist es aufgrund seines großen Potenzials zur Ergänzung anderer erneuerbarer Energiequellen, seiner Integration in die städtische Infrastruktur und seiner Fähigkeit, Strom in dicht besiedelten Gebieten zu erzeugen, eine attraktive Option für die Zukunft der städtischen Energieversorgung.