Human power

Uit Technotheek
Ga naar: navigatie, zoeken
Human power
Humanpower.png
Eigenschappen
Categorie: Producteigenschappen en -functies
Originele auteur: Bram Norp en Lieke Middel
Jaar: 2010
Wikipedia link: Human Power

Inhoud

Inleiding

Bij human power denkt iedereen vrijwel meteen aan spierkracht, echter human power is veel meer dan dat alleen. Hoofdzakelijk zijn er vier soorten energie die het lichaam direct levert: mechanische energie, thermische energie, electrische energie en chemische energie. Voor die soorten energie zijn er allemaal verschillende omzetters ontwikkeld. Er zijn twee soorten omzetters: omzetters die de soort energie veranderen en omzetters die de energie alleen omleiden. Van mechanisch naar electrisch door middel van een dynamo is een voorbeeld van de eerste soort omzetter. Een voorbeeld van de tweede soort omzetter is de handboor waarbij de input mechanisch is en de output ook. Hierbij wordt de energie dus niet van soort veranderd, maar wordt de energie op een andere manier gebruikt.Er is onder het kopje beschrijving en eigenschappen een indeling gemaakt, waarbij er per soort energie die het lichaam levert de principes van de omzetters zijn gegeven. Daarna is er onder het kopje toepassingen te zien welke concrete toepassingen er zijn van die principes met uitleg. Vervolgens zijn de voor- en nadelen gegeven van de verschillende principes waar de omzetters op berusten. Daaropvolgend tevens de milieuaspecten van humanpower. Tot slot is er een opsomming van een aantal leveranciers en kenniscentra die te maken hebben met humanpower gerelateerde producten/toepassingen.

Beschrijving

Input: Mechanisch

  • Dynamo (output: electrische energie)

De dynamo berust op het principe van magnetische inductie. Als een electrische geleider (doorgaans een spoel) door een magnetisch veld beweegt ontstaan er electrische spanningen. Doorgaans wordt dit principe toegepast door middel van roterende bewegingen zoals in een fietsdynamo, maar dat hoeft niet persé. Er is bijvoorbeeld ook een schudzaklamp ontworpen waarbij een magneet door een spoel heen en weer beweegt. Dynamo is de benaming van een generator die door middel van een roterend beweging electriciteit opwekt.

  • Piëzoelelement (output: electrische energie)

Piëzoelectriciteit wordt opgewekt met behulp van een piëzoelement. Een piëzoelement is een kristal dat door mechanische vervorming (samendrukken, uitrekken,enz) in staat is een spanning te creëren en vice versa. Deze spanning onstaat doordat de symmetrie in het kristal wordt verstoord.

  • Rechtstreeks door spierkracht aangedreven (output: mechanische energie)

Dit principe behoeft eigenlijk geen uitleg. De mechanische energie die een mens uitoefent door te trappen, duwen, trekken, springen, draaien, blazen, enz wordt gebruikt om een bepaalde mechanische actie te bewerkstelligen. Dit kan direct (fietsen, handboren, knippen, pianospelen, roeien), maar ook indirect (mechanische opwindwekker, muizenval, kruisboog) waarbij de energie even wordt opgeslagen.

Input: Thermisch

  • Stirling motor (output: mechanische energie)

De stirlingmotor is een motor die werkt door middel van een temperatuursverschil. Hoofdzakelijk bestaat de motor uit twee cilinders die onderling zijn verbonden door middel van een luchtkanaal, twee zuigers (in elke cilinder één) en een vliegwiel om de zuigers met elkaar te verbinden. In de ene cilinder warmt de lucht op en zet uit terwijl in de andere de lucht afkoelt en krimpt waardoor de zuigers in beweging worden gezet. Door dit goed te timen kan een motor worden gerealiseerd.

  • Peltier element (output: electrische energie)

Tussen twee verschillende verbonden metalen of halfgeleiders die in temperatuur verschillen ontstaat altijd een spanning. Hoe groot die spanning is hangt af van de soorten metalen/halfgeleiders en de grootte van het temperatuurverschil. De opgewekte spanning is van de orde van 6 tot 60 microvolt. Hiermee kan bijvoorbeeld een kleine accu worden opgeladen. Meestal wordt dit element echter “andersom” gebruikt, namelijk door middel van electriciteit warmte en kou te genereren.

  • Rechtstreeks de warmte gebruiken (output: thermische energie)

Vanzelfsprekend is de warmte die een mens produceert ook direct bruikbaar. Bijvoorbeeld om gebouwen te helpen verwarmen of om voorwerpen of personen op lichaamstemperatuur te brengen. Hier wordt verder op ingegaan onder het kopje toepassingen.

Input: Electrisch

  • Gebruik van zenuwstelsel (output: electrische energie)

De electrische pulsen die door het zenuwstelsel worden gegenereerd zijn niet sterk genoeg voor krachttoepassingen, maar kunnen wel gebruik worden om protheses en dergelijke aan te sturen of om hersenactiviteit te meten. Er is een implantaat voor de hersenen ontwikkeld dat werkt door middel van een omgekeerd piëzoelectrisch element. Hier sturen de stroompjes in de hersenen het piëzoelement aan waardoor die deformeert en er een beweging ontstaat waarmee een meting gedaan kan worden.

  • Menselijke batterij (output: electrische energie)

Door middel van twee verbonden verschillende metalen platen, je lichaam en je zweet kan er een batterij gevormd worden. Er zijn nog geen echte toepassingen van dit principe, omdat de spanning niet constant is en de constructie onhandig.

Input: chemisch

  • Biogasinstallatie (output: electrische energie)

Bij een biogasinstallatie wordt de feces vergist en de hierbij ontstane gassen kunnen worden gebruikt in vrijwel alle (WKK-)installaties waarin ook aardgas kan worden verbrand. Er kan dus warmte, maar ook electriciteit mee worden opgewekt.

  • Bloedsuiker omzetten in electriciteit middels enzymen (output: electrische energie)

Glucose staat electronen af en zuurstof neemt electronen op. Hiermee kan een stroompje worden gemaakt wat gebruikt kan worden om medische sensoren e.d. van energie te voorzien.

Toepassingen

Veldradio
Toetsenbord

Dynamo

Vingeraccu
  • Fietsdynamo
  • Knijpkat
  • Veldradio
  • Scheerapparaat
  • Opwindbare oplader
  • Armgenerator
  • Toetsenbord

Onder elke toets zit een magneetje dat bij iedere aanslag door een spoeltje gaat. Op die manier wordt er genoeg energie opgewekt om de accu van een laptop een paar uur langer mee te laten gaan.

  • Vingeraccu

Deze accu kan opgeladen worden door hem rond je vinger te laten draaien. Dit specifieke model kan in een mobiele telefoon worden geplaatst.

  • Gewrichtgenerator

Deze generator van 1,6 kilo kan op een knie worden geplaatst en kan wel tot 54 watt opwekken als de desbetreffende persoon hardloopt. Gewone wandelaars wekken ongeveer 5 watt op.

Piëzoelelement

Straattegel
Afstandbediening
  • Gasaansteker
  • Straattegel

Door op deze tegel te gaan staan wordt er electriciteit opgewekt.

  • Medische sensor op bloeddruk

Door een piëzoelement op de pols te bevestigen wordt er een kleine stroom opgewekt door het “kloppen” van je slagader. Zodoende kan men metingen verrichten.

  • Schoenzool

Er is een buigzaam piëzoelectrisch materiaal ontwikkeld dat voor veel verschillende doeleinden gebruikt kan worden, in dit geval een schoenzool. Als het materiaal vervormd wordt ontstaat er een spanning ten gevolge van de verstoord symmetrie.

  • Afstandsbediening

Deze afstandsbediening is uitgerust met een piëzoelectrisch element in het midden. Door hierop te drukken kan men 2 tot 3 keer van zender wisselen.

Rechtstreeks door spierkracht aangedreven

Vliegtuig
  • Fiets
  • Hefboom
  • Handboor
  • Hand/trapnaaimachine
  • Muziekinstrument(blaas, snaar en percussie)
  • Roeiboot
  • Vliegtuig

Dit is een van de eerste vliegtuigen die alleen op human power kon vliegen. Voorin zit een atleet die, door heel hard te trappen, het vliegtuig van voldoende snelheid kan voorzien.

Stirling motor

Motor op handwarmte
Deze stirlingmotor is zo gemaakt dat hij kan draaien ophet temperatuursverschil tussen de buitenlucht en een hand. http://www.youtube.com/watch?v=6DBktwPf3rk&feature=related

Peltierelement

Thermo-electrische laars
Dyson energybracelet
  • Themo electrische laars

Deze laars is uitgerust met peltierelementen die door de lichaamswarmte gedurende de dag (12 uur) een accu opladen waarmee men op zijn beurt weer een mobieltje of iets dergelijks kan opladen.

  • Dyson energybracelet

De Dyson energybracelet werkt volgens precies hetzelfde concept als de laars.

Rechtstreeks de warmte gebruiken

Warmtewisselaar
  • Warmtewisselaar

Een warmtewisselaar is een apparaat dat de warmte in de lucht uitwisseld met een ander medium (vaak water). Op die manier kunnen bijvoorbeeld passagiers in het metrostelsel een gebouw verwarmen.

  • Ander persoon verwarmen

Zenuwstelsel

Prothese
  • Prothese

Het zenuwstelsel levert niet voldoende energie voor een krachttoepassing, maar kan wel worden gebruikt om een prothese aan te sturen.

  • Metingen

Menselijke batterij

Hier zijn nog geen echte toepassingen van.

Biogas

Energie (gas/electriciteit) opwekken uit rioolwater
Biogas wordt opgeslagen in tanks en dan kan het verbrand worden in WKK-instalaties.

Bloedsuiker omzetten in electriciteit middels enzymen

Medische sensor

Voordelen

Er zitten vele voordelen aan Human Power: het menselijk lichaam is een erg efficiënte energieomzetter, alle afvalstoffen van het menselijk lichaam zijn organisch en er wordt meestal energie gebruikt die anders verloren zou zijn gegaan. Dit is vanzelfsprekend allemaal positief voor het milieu. Het lichaam is iets wat men altijd bij zich heeft, dus is de energie voor een human power toepassing altijd bij de hand. Verder is bewegen gezond en zijn de human power toepassingen waar extra energie voor gebruikt moet worden dus gezonder dan wanneer de persoon in kwestie een andere energiebron gebruikt zou hebben.

  • Dynamo

Gezond, relatief goedkoop, makkelijk verkrijgbaar, makkelijk toepasbaar, vele verschillende soorten en maten beschikbaar

  • Piëzo-elelement

Goed bruikbaar voor het oogsten van restenergie (schoenzool en straattegel), gevoelig en precies, klein en gemakkelijk te plaatsen, in vele varianten verkrijgbaar(groot, klein, dik, plat)

  • Rechtstreeks door spierkracht aangedreven

M.b.v de juiste overbrenging kan de energie nuttiger besteed worden (bv wandelen t.o.v. fietsen), geen energieverlies door overbrenging naar een andere energiesoort, zeer breed toepasbaar, goedkoop.

  • Stirling motor

Lichaamswarmte die anders verloren gaat wordt effectief gebruikt

  • Peltierelement

Lichaamswarmte die anders verloren gaat wordt effectief gebruikt, het element is klein en in vele formaten te verkrijgen, gemakkelijk te plaatsen

  • Rechtstreeks de warmte gebruiken

Lichaamswarmte die anders verloren gaat wordt effectief gebruikt, geen energieomzetting, betrekkelijk constante temperatuur

  • Gebruik van zenuwstelsel

Nauwkeurige stroompjes waarmee precieze medische metingen mogelijk zijn en protheses kunnen worden aangestuurd

  • Menselijke batterij

Simpele contructie

  • Biogasinstallatie

Levert relatief veel energie op, rooilwater wordt nuttig gebruikt, vergt geen extra inspanning

  • Bloedsuiker omzetten in electriciteit middels enzymen

Batterij in sensoren hoeft niet vervangen te worden, waardoor de sensor op moeilijk bereikbare plekken in het lichaam geplaatst kan worden

Nadelen

  • Dynamo

Kost extra energie van de mens, vaak is een “mechanische” toevoeging vereist om de dynamo op een efficiënte manier aan te kunnen drijven

  • Piëzo-elelement

Bros materiaal (keramiek), warmteontwikkeling, het vergt relatief veel kracht voor weinig stroom

  • Rechtstreeks door spierkracht aangedreven

Vergt doorgaans inspanning die anders niet geleverd zou zijn

  • Stirling motor

Levert weinig kracht, moeilijk te plaatsen, duur

  • Peltierelement

Levert relatief geen grote hoeveelheden energie

  • Rechtstreeks de warmte gebruiken

Bij gebruik van de warmte van grote groepen mensen waarbij het aantal continu kan veranderen, kan de hoeveelheid warmte fluctueren

  • Gebruik van zenuwstelsel

Geen krachttoepassing, alleen sturings of metings toepassing, ingewikkelde medische procedure

  • Menselijke batterij

Levert relatief weinig stroom, geen constante energielevering

  • Biogasinstallatie

Bij de productie komt het milieuonvriendelijke methaan vrij, hele installatie nodig(duur), moeilijk op kleine schaal toepasbaar

  • Bloedsuiker omzetten in elektriciteit middels enzymen

komt erg weinig elektriciteit vrij, element moet in het lichaam geplaatst worden

Milieuaspecten

Zoals misschien al was te verwachten zijn vele toepassingen met human power erg milieuvriendelijk. Dit komt doordat een milieuonvriendelijke energieleveraar wordt vervangen door energie die door de mens wordt geleverd. Het menselijk lichaam heeft vele voordelen als energieopwekker: het is een erg efficiënte energieomzetter en alle afvalstoffen van het menselijk lichaam zijn organisch. Ook wordt er bij human power in sommige gevallen gebruik gemaakt van energie die anders verloren zou zijn gegaan. Een negatief milieuaspect aan human power is dat bij een biogasinstallatie het schadelijke gas methaan vrijkomt.

Leveranciers en kenniscentra

Dynamo

Piëzo-elelement

Rechtstreeks door spierkracht aangedreven

Stirling motor

Peltierelement

Rechtstreeks de warmte gebruiken

Gebruik van zenuwstelsel

Menselijke batterij

Biogasinstallatie

Bloedsuiker omzetten in electriciteit middels enzymen

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen