Dit artikel krijg je cadeau van OneWorld.
Word abonnee
De afgelopen jaren zijn veel van onze apparaten mobiel geworden dankzij compacte batterijen. Dankzij mobiel internet kunnen we ze bovendien overal gebruiken. Maar hoe compact de batterij ook is geworden, het is nog altijd een flink onderdeel van je telefoon. En hij moet regelmatig worden opgeladen aan het stopcontact. Maar dit probleem is, met de komst van draadloos opladen, binnenkort verleden tijd.
Draadloos laden lijkt misschien een nieuwe gadget voor
techfreaks, maar het is een belangrijk onderdeel van het ‘elektrificeren’
1 van de samenleving. In een wereld vol ‘intelligente’ apparaten – van sensoren en smartphones tot robots en auto’s met ingebouwde intelligentie – wordt de uitdaging om alles opgeladen te houden al snel een dagtaak. Wil je minder vaak hoeven opladen, dan heb je een grotere batterij nodig en daar is niet altijd ruimte voor. Bovendien verhoogt een grotere batterij het gewicht en dus het stroomverbruik – een belangrijke uitdaging voor fabrikanten van elektrische auto’s – die ook om allerlei kostbare grondstoffen vraagt.
Echte vrijheid
“
Het wordt pas echt leuk als apparaten op afstand kunnen worden opgeladen, terwijl ze in je broekzak zitten
De eerste stappen voor de echte vrijheid van het draadloos laden zijn gezet. De nieuwste generatie smartphones van onder andere Nokia, Apple, Samsung en Huawei ondersteunen sinds enkele jaren de zogeheten ‘Qi-standaard’
2 voor draadloos opladen. In de praktijk betekent dit dat je een smartphone op een apparaat in de vorm van een plaat legt waardoor deze wordt opgeladen. Zo’n plaat kan geïntegreerd worden in een meubel of een lamp, zoals IKEA doet. Maar de smartphone moet in al deze gevallen nog steeds contact maken met de plaat of er heel dichtbij liggen.
Het wordt natuurlijk pas echt leuk als apparaten op áfstand kunnen worden opgeladen, terwijl ze in je broekzak zitten of terwijl je ermee door de kamer wandelt. Daaraan wordt nu hard gewerkt door de tech-industrie. In de loop van 2019 zal de eerste apparatuur op de markt komen.
De technieken om energie over enkele meters te verzenden zijn al langer bekend: infrarode straling, radiosignalen, magneetvelden of ultrasoon geluid. Elke techniek heeft zijn eigen voor- en nadelen (zie kader). De grootste uitdaging is om de technieken echt ‘mobiel’ te maken, en daarmee compact en efficiënt genoeg. Alle technieken werken met een zender en ontvanger. De zender (bijvoorbeeld de eerder genoemde plaat) is, net als een WiFi-modem, verbonden met het stopcontact. Deze zet elektriciteit om in een energierijk signaal en zendt dit uit. De ontvangers (bijvoorbeeld je telefoon) zetten het ontvangen signaal vervolgens om in stroom om het apparaat te voeden of om een interne batterij mee op te laden. Apparaten worden continu maar, vergeleken met een snoertje, langzaam opgeladen wanneer ze binnen het bereik van de zender zijn.
De ontvangers moeten worden ingebouwd in alle apparaten en dat kost geld en ruimte. Fabrikanten van mobiele apparaten moeten dus de keuze maken welke techniek en welke standaard ze gaan ondersteunen. Die strijd is voorlopig nog niet beslist, waardoor de grote doorbraak nog wel even kan uitblijven, tenzij enkele grote spelers een bepaalde technologie gaan omarmen – zoals Apple zich vorig jaar achter de Qi-standaard schaarde.
Hoe kun je draadloos laden?
Infrarood, bekend van de afstandsbedieningen en computermuis, werkt alleen als er geen obstakels tussen zender en ontvanger zitten: ze moeten altijd in elkaars gezichtsveld zitten. Daarom hangen de infrarood-zenders aan het plafond. Elk op te laden apparaat heeft een klein ‘oogje’ lijkend op een klein zonnecelletje, waarmee het straling kan opvangen. Bij infrarood kan de energie heel goed gericht worden overgestraald waardoor relatief snel kan worden opgeladen. Infrarood wordt onder meer ontwikkeld door Wi-charge.
Radiosignalen, die we kennen van Wifi en Bluetooth, kunnen deels door objecten heen. De zenders en ontvangers zijn kleiner en gemakkelijk te integreren in apparaten. De componenten lijken op de ontvangers voor 4G en Wifi-signalen die al in veel apparaten ingebouwd zijn. Radiosignalen waaieren echter gemakkelijk uit. Dit is handig voor een goede dekking van mobiel internet, maar niet als je een apparaat gericht wil opladen en dus zoveel mogelijk energie gebundeld wil overzenden. Opladen kan dan lang duren. Radiofrequent opladen wordt bijvoorbeeld ontwikkeld door het bedrijf Energous.
Magneetvelden en ultrasone signalen gaan redelijk goed door obstakels heen maar kunnen gemakkelijker storingen geven aan andere apparatuur. Opladen met magneetvelden wordt onder andere ontwikkeld door Pi-charge. UBeam doet dit met ultrasoon geluid.
Naast smartphones en tablets zijn elektrische auto’s, drones en robots klaar om de markt te veroveren. Deze gebruiken nog een stuk meer energie en ook hier is opladen een groot vraagstuk: er is ruimte voor een flinke batterij maar deze moet niet té groot en zwaar worden. Daarom wordt ook in deze hoek naar draadloos opladen gekeken.
Eén mogelijkheid is om elektrische auto’s op te laden via het wegdek. Dat werkt vergelijkbaar met de manier waarop smartphones worden opgeladen, maar dan is alles een tandje groter. In het wegdek worden energiekabels en magneetspoelen aangelegd om elektrische velden mee op te wekken die door auto’s worden opgevangen en omgezet in energie. De energieoverdracht verloopt het beste wanneer de auto niet te hard rijdt. Maar zelfs dan gaat nog zo’n 60 procent van de energie die in de kabels gestopt wordt verloren. Daarom werken sommige bedrijven aan een oplossing waarbij de auto wel contact maakt met de weg, via een strip die over de grond sleept – een beetje zoals een tram zijn stroom uit kabels haalt – maar dan ín de grond 3. Daardoor gaat veel minder energie verloren dan bij het draadloze laden.
Draadloze sensoren
Auto’s, robots en drones gebruiken veel energie vergeleken met smartphones, maar er is vaak wel ruimte voor een batterij. Bij hele kleine apparatuur, zoals sensoren, is het lastiger om batterijen te integreren. Bovendien vragen batterijen onderhoud en kunnen ze na enkele jaren of bij extreme omstandigheden stuk gaan. Daarom wordt gewerkt aan technieken waarmee sensoren voortdurend de nodige energie uit de omgeving kunnen halen – in plaats van een batterij nodig te hebben. Dit wordt ook wel
energy harvesting (het ‘oogsten’ van energie) of ‘
energy scavenging’ (‘restanten verzamelen’) genoemd.
Het Delftse bedrijf Nowi is een van de eersten die met deze apparatuur op de markt komt.
“
Een sensor kan bijvoorbeeld energie halen uit Wifi-signalen
Een luchtkwaliteitssensor op de gevel van een kantoorgebouw kan bijvoorbeeld energie halen uit mobiele netwerken in de lucht: zoals Wifi-signalen of 4G. Deze zijn relatief energierijk maar worden ook door anderen gebruikt om data over te sturen. Daarnaast wordt gewerkt aan technieken om energie te halen uit warmte, uit zonlicht, uit chemische reacties en uit trillingen. Dezelfde technieken kunnen later weer bruikbaar zijn voor elektrische auto’s en smartphones.
Door sensoren zelfvoorzienend te maken kunnen ze gemakkelijk overal worden geïnstalleerd zonder dat ze onderhoud nodig hebben of zonder dat er een stroomdraadje of iets anders aangelegd hoeft te worden. Dit kan een enorme impuls geven aan het gebruik van sensornetwerken waarmee de luchtkwaliteit van steden, het vroegtijdig detecteren van aardbevingen of dijkdoorbraken mogelijk wordt. Ook zelfrijdende voertuigen hebben sensornetwerken nodig om voldoende informatie te verkrijgen over de omgeving waarin ze rijden.
Draadloos opladen zal ons niet alleen ‘ontzorgen’ en meer comfort geven, maar er ook voor zorgen dat de wereld van intelligente, met internet verbonden apparaten, ofwel het Internet der Dingen, verder door kan breken. Tegelijkertijd ontstaan er nieuwe mogelijkheden om energie direct te distribueren als alternatief voor energieopslag en energietransport.
