Duurzaam energie opwekken en opslaan: het is een van de grote uitdagingen van onze tijd. We denken dan al snel aan energie uit wind, zon en water, opgeslagen in batterijen en accu’s. Maar duurzame energie kan ook op hele kleine schaal opgewerkt worden. En die energie kan op onverwachte plekken aanwezig zijn – en ter plekke ingezet worden, waardoor er geen kabels hoeven te liggen of batterijen nodig zijn. Thijs Blad bekijkt met zijn start-up MEMSYS de mogelijkheden om accu’s op te laden met bewegingen en trillingen uit de nabije omgeving. ‘Ik kijk uit naar een toekomst waarin we veel minder afhankelijk zijn van niet-oplaadbare batterijen.’
Blad rondde de bachelor en master Werktuigbouwkunde cum laude af en vervolgde zijn academische weg met een PhD in Mechatronic system design binnen de afdeling Precision & Microsystem Engineering (PME). Binnen zowel zijn afstudeerproject als PhD richtte hij zich op energy harvesting: constructies die energie uit hun omgeving ‘oogsten’ en opslaan. Blad: ‘die kun je bijvoorbeeld maken van piëzo-elektrische materiaal, dat stroom opwekt door te vervormen. Een relatief ‘oud’ concept, dat al zeker 20 jaar bestaat.’
Energy harvesters om lokaal energie op te wekken en als vervanging voor traditionele batterijen: het idee bleef in Blad’s hoofd rondzingen. Batterijen zijn een compacte, flexibele en onafhankelijke bron van energie voor talloze apparaten. Maar ze zijn ook schadelijk voor het milieu en het vervangen ervan, zeker in industriële omgevingen, is vaak duur en lastig handwerk.
Evolutie van de energy harvester
Het breed inzetten van energy harvesters is een uitdaging: bestaande ontwerpen wekken alleen onder hele specifieke omstandigheden voldoende energie op. Binnen de afdeling PME kwam Blad in aanraking met onderzoek naar zogenoemde compliante mechanismen. ‘Een groep onderzoekers rondom professor Just Herder doet veel onderzoek naar deze mechanismen. Het zijn constructies die bewegen dankzij delen gemaakt van materiaal dan kan vervormen, in plaats van scharnieren, zoals in ‘gewone’ constructies gangbaar is.’
Deze combinatie plantte een zaadje in Blad’s hoofd en vormde de basis voor MEMSYS. ‘Wat als we die compliante mechanismen gebruiken om betere energy harvesters te ontwerpen? Het grote voordeel van die combinatie is dat ze veel breder toepasbaar zijn in de echte wereld, omdat ze veel meer verschillende soorten trillingen kunnen inzetten om energie op te wekken.’
Nooit meer batterijen vervangen
Aan trillingen geen gebrek in de omgevingen die Blad voor ogen heeft: treinen, boten, pompen en industriële omgevingen met zware machines – overal is trilling aanwezig. Zelfs in het menselijk lichaam, aldus Blad: ‘je zou zo met de trillingen van je hartslag bijvoorbeeld de accu van een pacemaker kunnen bijladen.’ Voorlopig ligt de focus op praktische toepassingen in (goederen)treinen. Meetapparatuur, zoals sensoren, kunnen daar een belangrijke rol gaan spelen in onderhoud, veiligheid en het terugdringen van onderhoudskosten. Daar is veel winst te behalen, maar het gebeurt nu nog niet, legt Blad uit. ‘Op dit moment is het economisch niet aantrekkelijk, omdat batterijen vaak vervangen moeten worden en op moeilijk te bereiken plekken zitten. Vervangen is handwerk, en dat kan soms alleen door een voertuig stil te leggen of een traject tijdelijk te sluiten. Met accu’s die zichzelf voortdurend opladen, ben je van die problemen af.’
Valideren met YES!Delft
Blad’s reis als ondernemer begint nog maar net. Het Technology Readiness Level (TRL) van MEMSYS zit nu tussen 4 (Lab-opstelling) en 5 (toetsen in de echte wereld) in, schat hij. Vanuit het Validation Lab van YES!Delft werd hij uitgedaagd om klantonderzoek te doen en de wensen van potentiële klanten in kaart te brengen.
Een waardevolle oefening, aldus Blad. ‘Er zijn al meerdere spin-offs en start-ups uit de eerder genoemde afdeling PME van Werktuigbouwkunde gerold. Het onderzoek is er van hoog niveau en er zijn hechte banden met industriële partners. Maar als ondernemer moet je weten waar je klanten zitten en waar de markt naartoe beweegt en waarom iemand bereid is om te betalen voor jouw product. Daarin is YES!Delft als incubator met een ijzersterke reputatie een grote hulp geweest.’
Het einde van de ouderwetse batterij?
MEMSYS is momenteel in gesprek met Delft Enterprises over verdere betrokkenheid en/of investeringen vanuit de TU Delft. Blad voert daarnaast gesprekken met geïnteresseerde partijen om zijn energy harvesters in hun sensoren te verwerken. Zo hoopt hij toe te werken naar een wereld waarin steeds minder traditionele batterijen nodig zijn. ‘Mijn einddoel? Dat die ouderwetse batterijen compleet verdwijnen in alle omgevingen waar beweging en trilling het opwekken van energie mogelijk maken.
