Een toekomst zonder batterijen

Tech Lichtschakelaars, gps-zenders en smartwatches kunnen hun stroom uit de omgeving halen. De verwachtingen zijn hooggespannen, maar telefoons zonder batterij zijn nog ver weg.

The Squaire, Frankfurt: slim gebouw met slimme lichtschakelaars Foto Getty Images

Aan of uit. Veel meer informatie hoeft een simpele wandschakelaar in een woning of kantoorgebouw niet door te geven aan een lamp een stukje verderop. Toch moeten daarvoor sleuven in de muren worden gefreesd en zijn meterslange stroomdraden en duur kopermateriaal nodig. Er bestaan ook draadloze varianten met een knoopcelbatterij, maar die raken een keer leeg. Zeker in een groot kantoorgebouw met duizenden schakelaars is dat een immense vervangingsoperatie.

Batterijen hebben meer nadelen. De winning kost energie, er zitten chemische stoffen in en ze raken leeg, zelfs als ze niet worden gebruikt. Het Duitse bedrijf EnOcean verzon een nieuwe aanpak: de drukkracht van een vinger is al genoeg om een lamp op afstand te bedienen. Het bedrijf ontwikkelde een kinetische schakelaar met een klein dynamootje, genoeg om een signaaltje door te geven aan een (bedraad) basisstation, dat vervolgens doorgeeft dat de verlichting aan of uit kan. Deze schakelaar werd een succes: alleen al in het nieuwe gebouw The Squaire, een ‘liggende wolkenkrabber’ in Frankfurt, zitten er 20.000. Ook het nieuwe stadskantoor van de gemeente Utrecht heeft er 1.700. Ze besparen niet alleen batterijen en onderhoudskosten, maar verlagen ook de energierekening.

Oogsten

Deze drukschakelaar is een van de simpelste vormen van energy harvesting, de verzamelnaam van draadloze technieken die hun stroom uit de omgeving halen, zoals uit beweging, (zon)licht, warmte of communicatienetwerken. Doordat elektronica-chips steeds energiezuiniger worden, komen nu ook meer geavanceerde draadloze en batterijloze apparaatjes voor ‘smart buildings’ – gebouwen waar met sensoren de energie slim wordt gewonnen en verdeeld – binnen handbereik. Zo kunnen de wandschakelaars van EnOcean ook rolluiken bedienen. En er zijn bewegingsmelders met een zonnepaneeltje die detecteren dat iemand de kamer betreedt, of dat er een raam of deur open of dicht gaat.

EnOcean verkoopt ook radiatoren met een thermostaatknop die je op afstand via een centrale thermostaat kunt bedienen. In de knop zit namelijk een thermo-elektrische generator die een elektrische spanning kan opwekken uit het kleine temperatuurverschil tussen de radiator en de omgeving. In totaal zijn 500.000 gebouwen in Europa met EnOcean-producten uitgerust, vertelt John Corbett, verkoopdirecteur van EnOcean.

Internet der dingen

Energy harvesting lijkt nu nog een curiositeit, maar de verwachtingen zijn hooggespannen. Het Amerikaanse onderzoeksbureau P&S Market Research voorspelde onlangs dat de wereldwijde energyharvestingmarkt in 2023 groeit naar een omvang van 660 miljard dollar – dat is bijna een verdubbeling van de huidige omvang. Vooral smart homes en smart buildings zijn een groeimarkt: vorig jaar groeide die met 35 procent. En de rek lijkt er nog lang niet uit, want de voorspellingen over het aantal met internet verbonden ‘dingen’ (laptops, smartphones en tablets uitgezonderd) lopen uiteen van 20 tot 50 miljard de komende tien jaar. Al die miljarden dingen kunnen niet allemaal op het stroomnet worden aangesloten, en batterijen kosten energie en vragen om onderhoud. En dat terwijl er ‘gratis’ stroom in de lucht hangt.

Wetenschappers ontwikkelen steeds betere energy harvesters. Zo lukte het onderzoekers van de University of Washington afgelopen zomer zelfs om met behulp van radiogolven en lichtdeeltjes uit de omgeving een telefoontje te plegen. Daarvoor ontwikkelden zij een chip met druktoetsen die kon bellen naar een basisstation even verderop. En onlangs kreeg de Delftse ingenieur Nima Tolou de Prins Friso Ingenieursprijs uitgereikt voor zijn energy harvester die energie wint uit onregelmatige bewegingen.

Daarnaast zetten ook meer bedrijven in op deze technologie. Zo werd onlangs bekend dat de Delftse startup Nowi een investering van anderhalf miljoen ontvangt voor het verder ontwikkelen van sensoren die de kleine spanningen van radiosignalen in de omgeving, zoals wifi en gsm, benutten. De sensoren zijn al in proefopstellingen te vinden in perrontegels en in het asfalt, waar ze de temperatuur meten en gladheid vroegtijdig opsporen. En het Rotterdamse TWTG voert een pilot uit voor ‘een groot postbedrijf’ om rolcontainers te volgen met behulp van Bluetooth-zenders met zonnepaneel.

Batterijloze telefoons

Temperatuurmeters en volgzenders zijn al een stuk ingewikkelder om volledig op omgevingsenergie te laten draaien dan een simpele drukschakelaar. Het komt dan neer op slim energiemanagement. Bijvoorbeeld door de sensor niet continu te laten meten, maar slechts om de paar minuten, en door een uitgekiend slaap-waakritme.

Vergelijk het met een huishoudboekje, aldus Jan Willem Smeenk van startup Sodaq. „Als je zo min mogelijk uitgeeft, hoef je zo min mogelijk op te wekken. Dat betekent: slaap als het kan, werk alleen als het nodig is en communiceer kort. Want juist het communiceren kost veel energie.” Dit Hilversumse bedrijf ontwikkelt oormerken en halsbanden met een gps-zender voor koeien en neushoorns. Elke vijf minuten geeft de zender met zonnepaneeltje zijn positie door aan een basisstation. Een zogeheten supercondensator kan de zonne-energie tijdelijk opslaan, om zo de nacht door te komen. Hij ziet eruit als een gewone batterij, maar er vinden geen chemische processen plaats, hij loopt niet vanzelf leeg en je kunt hem oneindig opladen en ontladen.

Toch blijkt een volledige energie-onafhankelijkheid van de meer complexe apparaten nog moeilijk om te garanderen. Zo heeft de CO2-meter met zonnepaneel van EnOcean nog een batterij als back-up, voor de uitzonderlijke gevallen waarin het licht toch onvoldoende is. Daarnaast zijn de onderdelen heel duur; de gevoelige zonnepaneeltjes en de supercondensatoren kosten twee à drie euro per stuk terwijl een knoopcelbatterijtje maar een euro kost; een prijsverschil dat vooral bij grote aantallen interessant wordt. Sodaq kan de duurzame dierenzenders voorlopig dan ook alleen kwijt aan goede doelen-organisaties. „Helemaal batterijloos is economisch nog niet haalbaar”, aldus Smeenk, „maar ik verwacht dat alle componenten goedkoper zullen worden.” Door dalende prijzen en verbeterde technieken vallen steeds meer producten zoals bewegingsmelders, temperatuurmeters en volgzenders binnen de energy harvesting ‘sweetspot’, het punt waarop de energie-opbrengst voldoende is en een batterij overbodig wordt. Zij verbruiken maximaal 100 milliwatt; tien keer zo weinig als een smartphone. Maar een smartphone die je nooit hoeft op te laden klinkt zo ontzettend aantrekkelijk – de consument is vast bereid om daar zijn portemonnee voor te trekken.