Indsendt af
DELTA
Resumé
Ved at højne den danske udviklingskapacitet og innovation indenfor ’energy harvesting’ vil man kunne imødekomme behov udtrykt i flere af de i FORSK2020 nævnte problemstillinger.
Ved at forsyne IKT systemer (sensorer, netværk, dataovervågning) med den naturligt tilstedeværende energi (i form af lys, varme eller bevægelser) vil man med miljøvenlig og bæredygtig teknologi muliggøre implementering af intelligente indlejrede sensorsystemer i placeringer ikke tidligere mulige, samtidig med at servicebehovet revolutioneres, hvis kabling og batteriskift overflødiggøres.
Dette vil generere både miljøvenlige, bæredygtige og omkostningseffektive IKT løsninger, som højner energioptimering, bedre ressourceudnyttelse og drift via automatisering, som det er ønsket i FORSK2020, samt står som mål for Vækstteam for IKT og Digital Vækst.
Indspillet har sin FORSK2020 reference i tema 3: ”Et højteknologisk samfund med innovationskapacitet” samt tema 1: ”Et samfund med grøn økonomi” – herunder en række delmål.
Udfordring og muligheder
Energioptimering i bygninger, produktionsfaciliteter, byarealer og landbrug er alle udfordret af lav opløsning af data – for få målepunkter i forhold til behovet for regulering af varme, lys, el, vand, gas.
Finmasket indlejring af sensorer for præcis data for temperaturdistribution, jordfugtighed, tilstedeværelse af personer osv. er nødvendigt for at kunne udnytte det potentiale, der ligger i at optimere energiforbruget. I dag er f.eks. varmereguleringen i de fleste bygninger baseret på en enkelt sensor, der sidder direkte på den varmeafgivende enhed, som ikke tager hensyn til, hvordan varmen fordeles, om et vindue åbnes eller om der er personer tilstede.
Det vurderes, at der spildes op mod 30 % af energien pga. unøjagtig regulering [Ref.: SAVE Intelligent Energy, 2010]. Der eksisterer derfor et enormt potentiale for at spare energi, men dette fordrer, at der ind- og udbygges små trådløse sensorsystemer.
Sensorsystemer findes i dag, men er hindret større udbredelse grundet afhængigheden af kabler eller batterier. Det fornødne antal sensorer for energioptimeringen er ikke praktisk mulige medmindre enhederne gøres selvforsynende med energi.
Samtidig er batteriskift en miljømæssig, ressourcemæssig og brugerbegrænsende udfordring. Der blev i år 2011 brugt 3.382 tons bærbare batterier i Danmark [Ref.: WEE og BAT statistik, 2011].
Der benyttes mange ressourcer til service af batteridrevne apparater, hvor enheder som varmemålere og andre bygningsmonitoreringssystemer skal serviceres af personale ved batteriskift. Ved at udvikle enheder, som er selvforsynende med energi, åbnes der op for servicefri enheder, tilmed monteret i områder, der ikke tidligere var tilgængelige for indlejret elektronik, resulterende i bedre datagrundlag for optimering af energiforbrug.
Ved at styrke innovationsindsatsen indenfor energy harvesting vil man skabe mange nye muligheder for danske virksomheder for at fremtidssikre deres produkter, samt indirekte at optimere processer og forbrug i kraft af nye mulige implementeringer af selvforsynende sensor systemer.
Dette gælder inden for f.eks. byggeri, transport, infrastruktur, natur, miljø og klimatilpasning – og derved en lang række af de indsatser, der nævnes i FORSK2020, hvor man ønsker en øget overvågning, måling eller dataopsamling.
Målsætning
Målet er, at implementering af ’energy harvesting’ systemer bidrager til et mindre forbrug af batterier (der findes flere studier for dette) samtidig med at styrke innovationspotentialet ved at åbne op for nye teknologi- og applikationsmuligheder grundet frigørelsen fra kabel og batteri.
Her skal danske udviklere og producenter opnå en ’first mover’ fordel på verdensmarkedet, hvilket ligger i tråd med image som forgangsland, når det gælder grønne teknologier. Indbygning af finmaskede trådløse systemer muliggjort af energy harvesting bidrager ligeledes til Danmarks 2020 mål for drivhusgasreduktion, i kraft af optimeret regulering af energiforbrug i bygninger og faciliteter.
Innovationsbehov
Der er behov for øget innovation omkring anvendelsen af naturligt tilstedeværende energi og at re-tænke brug af batterier og kabler i nye produkter og systemer. Dertil er der behov for forskning i energy harvesting materialer såsom printbare flexible solcelle polymere, piezokeramik og halvledermaterialer til generering af elektrisk energi fra varmeforskelle.
Sammenhængende er der brug for forskning i batteri og andre lagringsteknologier, der kan operere i en lang årrække med meget lavt energitab. Kompetencerne (og heraf uddannelse) indenfor elektroniksystemer, der styrer, optimerer og lagrer ’energy harvesting’ skal styrkes, især i området indenfor ultra lav effektelektronik, for netop at kunne udnytte de nye energy harvesting teknologiers potentiale sammen med nye ultra lav effekt mikroprocessorteknologier.
Anvendelsen af eksisterende og kommende teknologier skal højnes så teknologierne bliver implementeret i den danske produktudvikling og samarbejdet bør styrkes, så området løftes i flok, da danske virksomheder og forskningsinstitutioner allerede har mange kompetencer at byde ind med.
Her henvises især til de danske tekniske universiteter, GTS institutterne Alexandra Instituttet og DELTA samt danske virksomheder som f.eks. Danfoss, Brunata, Kamstrup, Develco m. fl., som allerede har aktiviteter og kompetencer. Yderligere vil der kunne trækkes på større internationale institutter såsom Fraunhofer, IMEC, MIT, Berkeley University og mange andre.
De danske forudsætninger
Danmark har allerede en industri, der beskæftiger sig med materialer, såsom piezokeramik, der på sigt kan anvendes til energy harvesting, hvis indsatsen løftes.
Derudover har Danmark en stor forbrugsmålerindustri indenfor mange områder, som alle er afhængige af sensorsystemer enten batteriforsynede eller kablede. Disse vil få styrket deres markedsposition markant ved en indsats her.
Ligeledes forskes der på de danske universiteter i anvendelsen af energy harvesting i trådløse sensorsystemer, hvilket udgør et godt afsæt for en yderligere indsats og yderligere specialisering på området.
Effekter og perspektiver
En løftet energy harvesting indsats vil muliggøre indlejring af servicefri intelligens i bygninger, byer og landbrug for øget optimering og energibesparelse.
Dertil vil det øge innovationspotentialet, hvor kablede og batteriforbrugende elektriske apparater gøres selvforsynende med energi og derved får en grønnere profil, differentierer sig i markedet samt øger brugeroplevelsen.
Dette styrker Danmarks ry som foregangsland for nye grønne teknologier. Danmark skal satse på at være innovativt og på forkant med udviklingen indenfor vores bedst kendte områder (brugere, energi, bygninger, pumper og ventil systemer, skibsfart) og energy harvesting berør flere af disse både direkte og indirekte.