terwijl de wereld blijft zoeken naar alternatieve bronnen van brandstof om zijn onverzadigbare honger naar energie te voeden terwijl de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen afneemt, kan een nieuwe bron op een onverwachte plaats liggen: de geluiden om ons heen.
onderzoek naar geluidsenergie loopt al vele jaren, maar het gebruik van geluid als energiebron staat nog in de kinderschoenen. Dit artikel zal kijken naar wat wordt bedoeld met geluidsenergie, de verschillende toepassingen ervan en de levensvatbaarheid ervan als alternatieve energiebron.
Wat Is Geluidsenergie?
er zijn veel verschillende soorten energie, en geluidsenergie is het resultaat van trillingen van geluidsgolven.
maar hoe gebeurt dit eigenlijk? Wanneer een storing een voorwerp of stof doet trillen, gaat de energie die door de vibratie wordt geproduceerd door het object als geluidsgolven. Het vibrerende object of de stof moet vast, vloeibaar of gas zijn.
iets zo basisch als het zwaaien met onze handen in een stof als lucht zou genoeg trillingen veroorzaken die tot geluidsgolven leiden. De geluidsgolven die op deze manier worden geproduceerd, zijn niet luid genoeg om door mensen te worden gehoord, maar het principe is hetzelfde voor geluidsgolven die hoorbaar zijn voor onze trommelvliezen. De trillingen zorgen ervoor dat moleculen in de stof tegen elkaar botsen en een domino-effect creëren dat leidt tot de productie van geluidsgolven.
er zijn twee hoofdtypen golven: longitudinale (of compressie) golven en transversale golven. Longitudinale golven worden gevormd wanneer de golven bewegen in dezelfde richting als de kracht die op de stof. Gebieden waar de golven het meest compact zijn worden compressies genoemd; die gebieden waar de golven het meest uitgestrekt zijn worden aangeduid als zeldzaamheden.
Dwarsgolven bewegen daarentegen in een richting die loodrecht staat op de uitgeoefende kracht. Terwijl longitudinale golven kunnen voorkomen in een van de drie stoffen-vaste stoffen, vloeistof, of gassen-transversale golven kunnen alleen bewegen door vaste stoffen.
de trillingen die deze geluidsgolven produceren, worden door onze oren gevoeld, wat ze vervolgens duidelijk maakt. Voor menselijke oren om een geluidstrilling te detecteren, moet het ergens tussen 20 trillingen per seconde en 20.000 trillingen per seconde bewegen. Meer geluidstrillingen per seconde duidt op een hoger geluid. Deze geluidstrillingen worden gemeten in Hertz, wat de frequentie van een geluid aangeeft.
de luidheid van een geluid wordt echter gemeten in decibel (dB), met een normale conversatie van ongeveer 60 dB.
Hoe Wordt Geluidsenergie Gebruikt?
bron
hoewel aandacht voor geluidsenergie als mogelijke vervanging voor andere energiebronnen een relatief nieuw fenomeen is, zijn er voorbeelden van geluidsenergie die wij mensen al lang gebruiken voor vitale activiteiten.
een voorbeeld van geluidsenergie heeft bijgedragen tot het redden van levens. Als piloten uit een vliegtuig springen dat motorproblemen heeft en op zee neerstorten, kunnen ze een kleine explosieve lading loslaten die geluidsenergie uitzendt.
het geluid van een klein explosief verplaatst zich duizenden meters in de diepe oceaan omdat het gevangen zit in het diepe geluidskanaal, bekend als het SOFAR of Sound Fixing and Ranging Channel. Het geluid kan dan worden opgepikt door speciale apparaten in de oceaan en de locatie van de neergestorte piloot vastgesteld, waardoor hun redding.
een ander voorbeeld van geluidsenergie is een voorbeeld dat velen van ons kennen: het gebruik van ultrageluid. Echografie bestaat uit zeer hoogfrequente longitudinale golven die kunnen worden gebruikt om galstenen en nierstenen te breken. Het wordt ook vaak gebruikt voor medische beeldvorming tijdens de zwangerschap van een vrouw.
een derde voorbeeld van geluidsenergie wordt normaal gesproken niet geassocieerd met menselijke echolocatie. Het is algemeen bekend dat dieren zoals dolfijnen, walvissen en vleermuizen echolocatie gebruiken om hen te helpen navigeren en jagen. Deze wezens sturen geluidsgolven die stuiteren van objecten en terug te keren naar hen als echo ‘ s, die hen de locatie van de prooi of obstakels op hun pad aangeven.
maar wist u dat sommige mensen ook echolocatie gebruiken? Sommige blinden en slechtzienden doen dit door klikgeluiden te maken met hun tongen of met hun stokken te tikken. De geluidsgolven die ze creëren, stuiteren van objecten en dienen om hen te informeren over hun locatie, grootte en textuur.
Kan Gezonde Energie Fossiele Brandstoffen Vervangen?
bron
onderzoekers hebben de afgelopen decennia onderzoek gedaan naar geluidsenergie als een van de hernieuwbare vormen van energie. Onderzoekers zijn geïnteresseerd in het omdat geluidsenergie twee soorten mechanische energie bevat—potentieel en kinetisch—wat betekent dat het de capaciteit heeft om werk te doen. Lees meer in onze gids over het verschil tussen potentie en kinetische energie.
de technologie voor het benutten van geluidsenergie als energiebron heeft echter nog niet het stadium bereikt waarin deze op grote schaal kan worden gebruikt. Bijvoorbeeld, het geluid van een pneumatische boor, iets wat de meesten van ons te intens vinden, genereert slechts een honderdste van een watt energie per vierkante meter, terwijl zonne-energie over hetzelfde gebied maar liefst 680 Watt zou produceren.
niettemin maakt de alomtegenwoordigheid van geluiden in onze omgeving het benutten van geluidsenergie voor energie een verleidelijk vooruitzicht. Wetenschappers noemen dit akoestische energiewinning, en onderzoek naar het potentieel ervan als energiebron is voornamelijk gericht op drie technologieën: Helmholtz resonatoren, akoestische metamaterialen en thermoakoestische motoren. Laten we ze alle drie beter bekijken.
Helmholtz-resonatoren
Helmholtz-resonatoren worden gebruikt om geluid te versterken of te absorberen. In een experiment gebruikten onderzoekers deze eigenschap om geluiden op een station vast te leggen en te versterken. Vervolgens zetten ze de geluidsenergie om in elektrische energie met behulp van een stroomgeneratormodule. Het resulterende vermogen was voldoende om kleine elektronische apparaten te bedienen.
akoestische metamaterialen
deze soorten materialen zijn ontworpen om geluidsgolven te manipuleren om een bepaald doel te bereiken. Die worden ontwikkeld om geluidsenergie te benutten versterken zowel inkomende geluidsgolven en concentreren de energie van de geluidsgolven om hun omzetting in elektrische energie mogelijk te maken. Piëzo-elektrische structuren worden vaak gebruikt voor het ontwerpen van akoestische metamaterialen.
Thermoakoestische motoren
deze typen motoren zetten warmte om in geluidsenergie, waaruit vervolgens elektrische energie wordt gewonnen. Thermo-akoestische motoren worden beschouwd als een eenvoudige en betrouwbare technologie te gebruiken. Het is echter afhankelijk van een externe voeding om zijn energie-oogstproces aan te sturen, in tegenstelling tot de andere twee. Een van de toepassingen is het terugwinnen van uitlaatgassen van auto ‘ s afvalwarmte om de uitstoot te verminderen, die vervolgens wordt omgezet in gezonde energie waaruit elektrische energie wordt geoogst.
deze methoden voor het opvangen van akoestische energie zijn echter beperkt in de praktijk. Een reden is dat sommige methoden werken met slechts een smalle band van frequenties, terwijl veel van de geluiden beschikbaar voor geluid oogsten in het moderne leven zijn in het breedband frequentiebereik. Een verwante beperking is dat de gebieden die worden gebruikt voor het verzamelen van geluiden, zoals in het geval van akoestische metamaterialen, zijn meestal zeer klein, zodat niet veel energie kan worden verzameld.
is gezonde energie een hernieuwbare energiebron?
bron
het gebruik van akoestische energie als hernieuwbare energiebron bevindt zich nog in de experimentele fase. Eén van deze experimenten legde het geluid vast dat in drie busstations werd gegenereerd. Met behulp van akoestische metamaterialen, namelijk piëzo-elektrisch, werd dit geluid omgezet in elektrische energie.
de onderzoekers zeiden dat hun doel was om het gebruik van niet-hernieuwbare energiebronnen te verminderen en tegelijkertijd “groene duurzame elektrische energie” te creëren die kan worden gebruikt om straatverlichting aan te drijven. De locaties waar ze regelmatig geluid vastleggen had een geluidsniveau van ongeveer 80 decibel en de gevangen energie leverde ongeveer 0,024 watt uur uit een gebied rond 1,5 meter kwadraat.
enkele ondernemingen lijken echter vooruitgang te hebben geboekt met het gebruik van deze vorm van energie op commerciële schaal. Een afdeling van energie-gefinancierde technologie, bekend als ResonantAcoustics Mixing (RAM), ontwikkeld door Resodyn Corp.wordt op de markt gebracht voor gebruik in industrieën die mengen als een belangrijk onderdeel van hun productieproces.
geluidstrillingen worden gebruikt voor het mengen van vloeistoffen en slurries, zoals bij de vervaardiging van keramiek, levensmiddelen en farmaceutische producten, en voor waterbehandeling. Tot nu toe heeft het bedrijf de mixers zowel in de VS als in het buitenland verkocht en heeft het mixers met zeer uiteenlopende capaciteiten geïntroduceerd.
een andere commerciële toepassing van geluidsenergie als hernieuwbare energie wordt gemaakt door de vliegtuigfabrikant Boeing. Het bedrijf diende in 2015 een patent in voor een technologie die de geluiden zou oogsten van jets die opstijgen op luchthavens en dat geluid zou omzetten in elektriciteit voor gebruik als stroom.
een andere gepatenteerde toepassing voor geluidsenergie werd ontwikkeld door onderzoekers van de RMIT University in Australië. De wetenschappers daar hebben een technologie gepatenteerd die gebruik maakt van hoogfrequente geluidsgolven om vaccinaties te geven door inademing in plaats van naalden te gebruiken.
een nog meer nuchtere toepassing van geluidstechnologie betreft een door onderzoekers van de Universiteit van Nottingham ontwikkeld sonisch fornuis, dat geluidsenergie gebruikt om elektriciteit te produceren voor het aandrijven van kachels. De kachels, die 36 watt elektriciteit produceren, zijn getest in Azië. Het wordt beschouwd als een transformerende technologie omdat veel mensen in Afrika bezuiden de Sahara en sommige delen van Azië geen stroomvoorziening hebben.
Kan Geluidsenergie Worden Opgeslagen?
bron
hetzelfde probleem dat de opname van de meeste vormen van hernieuwbare energie gedurende enkele jaren heeft gehinderd, doet zich voor bij geluidsenergie: hoe slaat u de energie op nadat u deze hebt opgevangen?
gewoonlijk verandert elke soort mechanische golf, inclusief geluidsgolven, van vorm wanneer ze in contact komen met een object. Een deel ervan zal worden geabsorbeerd door het materiaal waarmee het in contact komt of het zal worden verspreid. Wanneer de geluidsgolven worden geabsorbeerd worden ze een andere vorm van energie.
onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om geluidsenergie op te slaan totdat deze nodig is, zodat deze alleen op aanvraag in elektrische energie kan worden omgezet. Bekend als coherente virtuele absorptie, de techniek in feite verstoort de manier waarop geluidsgolven meestal interageren met materialen om de energie te worden opgeslagen in plaats van verloren te gaan of omgezet in elektrische energie voordat het nodig is. Bijna twee decennia geleden werd een octrooi aangevraagd voor een technologie om energie uit geluid op te slaan. Het gaat om het gebruik van vliegwielen die elektrische energie zou opslaan over lange periodes en werd gezegd dat een bijzonder nuttig apparaat voor opslag in afgelegen gebieden.
of een van deze technologieën en octrooien uiteindelijk van de grond zal komen en mainstream zal worden of zal worden ontwikkeld voor gebruik op schaal, valt nog te bezien. Maar ze benadrukken dat onderzoekers de dringende uitdaging aangaan om alternatieven te vinden voor vervuilende fossiele brandstoffen die wereldwijd klimaatverandering en natuurrampen veroorzaken. Dergelijke inspanningen zijn dan ook toe te juichen.
Is Geluidsenergie Alleen Voor Uw Oren? Zoals uit dit artikel blijkt, voldoet geluidsenergie veel meer dan aan de behoeften van ons mensen om te communiceren, of het nu gaat om het gebruik van muziekinstrumenten of spraak. Het artikel heeft een aantal van de vele mogelijke toepassingen van de wetenschap achter de manier waarop geluidsenergie reist als gevolg van luchtmoleculen en de technologische innovaties die worden bereikt getoond. Dit onderzoek zal wellicht leiden tot akoestische apparaten die visueel gehandicapten nog meer onafhankelijkheid bieden. Er kunnen ook nieuwe manieren worden ontdekt om verloren mensen of voorwerpen te vinden, of om deze hernieuwbare bron voor elektriciteit te gebruiken.
aangeboden door taranergy.com
alle afbeeldingen met een licentie van Adobe Stock.
aanbevolen afbeelding