Weggeschoten druppeltjes genereren 20.000 Volt

Water, een membraan met een minuscuul gaatje en een metalen plaatje: meer is er niet nodig om een voltage van 20.000 Volt te generen. Onderzoekers van onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente ontwikkelden een compleet nieuw type elektrostatische generator die de bewegingsenergie van kleine weggeschoten druppeltjes direct kan omzetten naar elektrische energie. De omzettingsefficiëntie van het systeem is, met bijna vijftig procent, extreem hoog. Het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications publiceert vandaag het onderzoek.
De elektrostatische generator die door onderzoekers van de Universiteit Twente is ontwikkeld heeft een extreem eenvoudig ontwerp. Het systeem bevat een watercontainer met aan de onderkant een membraan met daarin een microgaatje. De waterdruk zorgt er voor dat minuscule waterdruppeltjes door het gaatje in het membraan worden geperst en afgeschoten worden. Doordat het membraan negatief geladen is, krijgen de druppeltjes een positieve lading mee. De geladen druppeltjes komen terecht op een metalen plaatje dat steeds verder positief geladen wordt. Door de afstotingskracht van het metalen plaatje remmen de druppeltjes volledig af. Hierbij wordt de bewegingsenergie van de druppeltjes bijna volledig omgezet naar elektrische energie. Met de generator wisten de onderzoekers een spanningsverschil van 20.000 Volt te genereren. Door een extra negatief geladen metalen plaatje onder het membraan te bevestigen is het mogelijk om het spanningsverschil terug te brengen tot de veel praktischer waarde van 500 Volt.
Elektrostatische generatoren bestaan al vele eeuwen. De Van de Graaffgenerator uit begin twintigste eeuw is waarschijnlijk de meest bekende. De generator die ontwikkeld is aan de Universiteit Twente werkt echter op een compleet andere manier dan bestaande elektrostatische generatoren. Deze verplaatsen de lading op een mechanische wijze, bijvoorbeeld met een rubberen band, terwijl de nieuwe generator dit doet door de lading weg te schieten. De omzettingsefficiëntie van het systeem is daardoor, met bijna vijftig procent, extreem hoog, en het ontwerp erg simpel. Het systeem is bovendien eenvoudig op te schalen door een membraan met veel meer gaatjes te gebruiken.
De generator heeft nog geen concrete toepassingen, maar zou bijvoorbeeld ingezet kunnen worden om chemische of biologische componenten in een mengsel te scheiden op een lab-on-a-chip, een minuscuul laboratorium op een chip.
Het onderzoek is uitgevoerd binnen de BIOS-Lab on a Chip Group van onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente, met hulp van de Physics of Fluids Group van hetzelfde instituut. Het onderzoek is financieel mede mogelijk gemaakt door NWO en de Europese Unie.