Nu al meer slimme apparaten dan mensen op de wereld

Het aantal sensoren dat om ons heen metingen verricht en activiteiten bijhoudt neemt rap toe. Van slimme horloges en hartslagmeters tot slimme koelkasten en thermostaten, bewakingscamera’s, dijksensoren en slimme machines en fabrieken. Volgens schattingen zijn er nu al meer digitale meetapparaten dan mensen op de wereld en deskundigen verwachten in de komende vijf tot tien jaar een verveelvoudiging daarvan. De vele batterijen die nodig zijn voor al die Internet of Things (IoT-)apparaten en hun draadloze verbinding met het Internet vreten energie en vervuilen het milieu. Het project ZERO (Towards Energy Autonomous Systems for IoT) wil het tij keren door voor al die IoT-oplossingen van zelf-voedende batterijen uit te vinden. Het onderzoeksproject startte in 2017 en heeft een looptijd van vier jaar. Het wordt gefinancierd door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek, NWO. Haverkort: ‘Gewone lithium-ionbatterijen zullen niet volstaan om energie te leveren aan de vele apparaten die er komen. Binnen het onderzoeksproject ZERO hebben we ons als doel gesteld apparaten te creëren die geen externe energie nodig hebben, omdat ze in hun eigen energie voorzien. Zero-energy apparaten moeten twee keer zoveel energie opwekken en tien keer zo weinig energie verbruiken als de huidige batterij-gedreven apparaten.’

Energieoplossingen die niet eerder bedacht zijn

ZERO moet leiden tot energieoplossingen die nog niet eerder bedacht zijn. Haverkort: ‘We onderzoeken de mogelijkheden van onder meer zonne-, warmte- en trillingsenergie, nieuwe energie-opslagvormen en energiezuinigere berekeningen en communicatie. Concrete voorbeelden zijn een schoensensor die energie haalt uit voetstappen, een watersensor die energie put uit waterstroming, of een sensor in een fabriek die energie haalt uit de warmte in z’n omgeving. Het gaat steeds om zeer kleinschalige, vernieuwende energieproductie- en opslag. Aan het onderzoek werken zeker vijftien promovendi mee; zij voeren baanbrekend onderzoek uit op al deze sporen.’

UT-hoogleraar Gerard Smit is hoofdaanvrager van ZERO. Naast de technische universiteiten van Eindhoven en Delft werken ook uiteenlopende bedrijven eraan mee: Altran, Dialog Semiconductor, Holst Centre, Nedap, NXP Semiconductors, Prodrive, Recore Systems, Resound, Sorama, Technolution, Thales, Topic, Vinotion en Vodafone. Het NWO stimuleert met de financiering van het project de samenwerking trussen wetenschappers en bedrijven.

Smart grids helpen energievraag en –aanbod slimmer afstemmen

Volgens UT-wetenschapper Boudewijn Haverkort zijn er naast het ZERO-onderzoeksproject rondom zelf-voedende Internet of Things-apparaten, meer voorbeelden van vernieuwing in de energiesector onder invloed van de digitalisering. ‘Een sterk voorbeeld zijn ook de smart grids, of slimme energienetwerken,’ aldus Haverkort. ‘Het doel van smart grids is om te zorgen voor efficiëntere afstemming van vraag en aanbod in de energiesector.’ De UT wil een belangrijk rol spelen in het samenbrengen van internationale belanghebbenden uit de energie- en andere sectoren om die afstemming verder te verbeteren.

Optimaal energiegebruik wordt steeds ingewikkelder

Haverkort: ‘Met de vele nieuwe energiebronnen en –leveranciers die zich aandienen, wordt de afstemming van vraag en aanbod complexer. Vroeger voorzag de energiecentrale alles en iedereen van energie. Nu is er een breed scala aan leveranciers van elektriciteit, zonne-energie, windenergie, noem maar op. Het is een uitdaging om al die energie optimaal te gebruiken zonder verspilling. Denk alleen al aan de energie van de zonnecollectoren op je dak: die leveren op een zomerdag de meeste energie, terwijl je die op zulke dagen het minst hard nodig hebt. Als je die energie kunt opslaan, of doorsluizen naar een bedrijf verderop in de straat, is er veel gewonnen.’

Afstemming tussen landen en sectoren

De UT bereidt een project voor waarin afstemming technisch, organisatorisch en juridisch niveau centraal zal staan. Haverkort: ‘Er is veel afstemming nodig om de beste kennis en ervaringen uit verschillende landen en sectoren maximaal te benutten. Duitsland heeft bijvoorbeeld veel geïnvesteerd in zonne-energie; Nederland staat bekend om z’n zeer geavanceerde watersector. De samenwerking tussen water- en energiesector die we nu al zien ontstaan is heel vernieuwend. Er is nu nog veel denkwerk gaande, maar de praktische uitwerking zal niet lang op zich laten wachten. Smart grids zijn een typisch voorbeeld van hoe de digitalisering terreinen van onze samenleving verandert.’

PROF.DR.IR. BOUDEWIJN HAVERKORT
prof.dr.ir. B.R.H.M. Haverkort (Boudewijn)
Hoogleraar Design and Analysis of Communication Systems, Universiteit Twente | Voorzitter het nationaal onderzoeks- en innovatieprogramma Commit2Data | Aandachtsgebieden: ontwerp en analyse van cyber-fysieke systemen: computer- en communicatiesystemen die interacteren met hun fysieke omgeving, onderzoeksmanagement

‘Energie heeft de laatste vijf jaren in mijn werk en onderzoek een steeds belangrijkere rol gekregen. Dat heeft vooral te maken met het feit dat vermindering van ons energieverbruik een maatschappelijk zeer relevant thema is. Dat spreekt me aan. De potentiële impact van wetenschappelijk onderzoek naar optimalisatie van ons energiebeheer is enorm. Ik verwijs in voordrachten vaak naar de Duurzame Ontwikkelingsdoelen – oftewel de Sustainable Development Goals, SDG’s – van de Verenigde Naties. Energie loopt daar als een rode draad doorheen. Ik geloof dat zero-energy oplossingen haalbaar zijn: dat we voldoende energie kunnen oogsten uit onze directe omgeving, zonder onze natuurlijke hulpbronnen uit te putten.’