Med kroppen som din framtida el-leverantör

Ett svenskt forskarlag från Malmö universitet har tillsammans med tyska kollegor utvecklat en hybrid kraftkälla – som klarar av att samtidigt utvinna solenergi och biokemisk energi från kroppsvätska och sedan lagra dessa två som elektrisk energi i samma enhet.

Det supertunna biobatteriet kan komma att ersätta dagens konventionella batterier i framtida mobila enheter både på och i kroppen eller integrerade i våra kläder.

Det är Sergey Shleev, professor i biomedicinsk teknologi och verksam vid Biofilms Research Center for Biointerfaces vid Malmö universitet, som leder det svenska forskarlaget.

– Runt 90 procent av de batterier vi använder på jorden i dag återanvänds inte. Med tanke på att vi beräknas ha runt 20 miljarder bärbara uppkopplade prylar år 2020 är situationen ohållbar, säger Sergey Shleev.

Socker från kroppen blir el

I en artikel publicerad i början av 2018 i tidskriften Elsevier, visar man att den energirika sockerarten glukos kan utvinnas ur kroppen och sedan transformeras och lagras som elektricitet.

– Vi har utvecklat ett flexibelt och transparent material som både kan omvandla och lagra energi. Nästa steg för oss blir att förfina tekniken så att kraftkällan får maximal laddningspotential och blir ännu miljövänligare, säger Sergey Shleev.

Som exempel på det senare nämner Sergey Shleev att byta ut metallen i bränslecellen mot miljövänliga och nedbrytningsbara polymerer, som är grundstommen i många plaster. Men man vill också undersöka möjligheten att utvinna energi ur olika typer av kroppsvätskor; som svett, saliv, blod och även tårar.

Transparent material fångar upp solenergi

Det finns stora vinster med ett material som är både flexibelt och transparent. Flexibilitet innebär att kraftkällan går att integrera i saker som kräver följsamhet: som linser, plåster och även kläder. Transparensen är – förutom den rent kosmetiska fördelen – en viktig funktionell egenskap då den möjliggör för solenergin att nå fram till cellens samtliga lager.

– Det finns många potentiella bränslen i vår kropp. Man kan säga att konstruktionen vi tagit fram fungerar som en liten miniatyrkropp. Det är samma process. Vi förser den med bränsle – i detta fall är maten glukos – som sedan oxideras i molekylärt syre.

Andra kemiska föreningar som kan fungera som bränsle är bärnstenssyra, etanol och även mjölksyra som det redan påbörjats studier om.

Men solenergin då? Är det nödvändigt att komplettera med extern energi eller kan det räcka med den som kommer från kroppen? Man ska aldrig säga aldrig, menar Sergey Shleev. Men med den kunskap man besitter i dag behöver kraftkällan en liten knuff utifrån för att komma upp i tillräcklig spänning. Det kan vara elektromagnetisk strålning från solen, det kan vara termisk energi, men det kan också vara mekanisk energi eller rörelseenergi.

Piezoelektriska kläder

Forskare på Chalmers tekniska högskola har utvecklat ett vävt tyg som ger ifrån sig elektricitet när det sträcks eller utsätts för tryck. Tillräckligt för att tända en lampa eller driva en miniräknare. Teknologin bygger på den piezoelektriska effekten – som innebär att elektricitet skapas ur en mekanisk rörelse i samband med att material deformeras. Resultaten publicerades i våras i tidskriften Flexible Electronics.

– Vi har använt tekniken i textilen i axelremmen på en väska. Ju tyngre väskan är packad och ju större del av väskan som består av vår väv, desto mer energi får vi ut, säger Anja Lund som är doktor i materialvetenskap och ingår i forskarlaget som leds av professor Christian Müller på Chalmers.

Hon radar upp en uppsjö av möjliga prylar och accessoarer som tekniken kan komma att användas till: i innersulan på skor så att energi alstras när man går eller springer, i tyg i stolsitsar så att el bildas vid själva stjärtgnuggningen, eller i tajta plagg som kan ta upp vibrationer från till exempel hjärtslag när man motionerar.

Utnyttjar spillenergi

Forskarlaget har även utvecklat en termoelektrisk textil där el genereras tack vare den temperaturpotential som uppstår mellan kroppen och dess omgivning, så kallad värmegradient. Just denna effekt är alltså maximal på vintern då temperaturskillnaden blir som störst mellan ute och under mössan där mest värme lämnar kroppen.

Att konvertera rörelse- eller värmeenergi till elektricitet som i exemplen ovan, går under benämningen ”energy harvesting”.

– Men till skillnad från ett vattenkraftverk, som ju också omvandlar mekanisk energi till el, handlar det här om att ”skörda” spillenergi som finns i vår omgivning och att detta görs utan negativ inverkan. Men denna spillenergi är i allmänhet relativt liten och opålitlig varför det blir extra viktigt att kombinera olika energislag, säger Anja Lund.

Nästa steg är därför att konstruera ett hybridtyg som kombinerar den piezoelektriska effekten med en termoelektrisk textil, men som också har inbyggda solceller så att tekniken blir oberoende av en konstant rörelse.

– I framtiden tror jag att många saker som används vid aktivitet, som pulsklockor och andra teknikprylar, kommer att integreras i tyger som har ett nätverk av flera sensorer istället för ett konventionellt batteri, säger Anja Lund.

Text: Magnus Erlandsson på uppdrag av forskning.se