收穫海洋清潔能源（至少是一小部分）的關鍵可能在於靜電。葡萄牙的一個研究團隊現在已成功利用靜電來執行導航浮標內部的小型發電機，為浮標用於收集資料和幫助水手所使用的感測器和燈光供電。儘管該專案的規模目前還很小，但研究人員表示，對於一種可以補充現有波浪能利用嘗試以及其他自然運動的技術而言，這是一個重要的概念驗證。
海洋是可再生能源發電的有吸引力的目標。僅波浪每年就能產生32,000太瓦時的自然能量——作為參考，全球每年使用約23,000太瓦時。此外，還有洋流、潮汐和熱能的力量。但儘管進行了數十年的研究，海洋的運動已被證明難以利用。波浪模式不可預測，海水會腐蝕金屬發電裝置，而且波浪的能量同時分散在三個維度（上下、前後和左右）。
部分由於這些挑戰，幾個新興的大型波浪能專案的電力輸出落後於預測。葡萄牙研究人員轉而專注於更小、更易於管理的事物：為導航浮標供電，導航浮標通常包含引導船隻的燈光和監測海洋狀況的感測器。該團隊轉向所謂的摩擦奈米發電機或 TENG，它使用靜電將運動轉化為電流——原理與在蓬鬆的毛衣上摩擦氣球以產生電荷相同。每個 TENG 的核心是兩個表面，面積僅為幾平方釐米，可以很容易地帶正電或負電。在堆疊的這兩個表面之上，研究人員放置了 10 個不鏽鋼球，直徑約為 12 毫米，可以自由移動。當它們的容器傾斜時，球會滾動並相互摩擦兩個表面。這會積聚靜電荷，靜電荷可以轉化為電力為電池供電。
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“我們開發了這些新型裝置，可以將節奏和機械能轉化為電能，”葡萄牙波爾圖大學的奈米技術博士生卡蒂亞·羅德里格斯說。上週，她在網上舉行的美國物理學會會議上發表了關於她的團隊的波浪動力浮標的演示。“這些裝置成本低廉。它們達到高功率密度[且具有]高效率，”羅德里格斯說，並補充說，即使在波浪小且不頻繁時，TENG 也能繼續表現良好。
TENG 可以從任何形式的運動中發電，但羅德里格斯和她的合作者專注於測試各種 TENG 原型，以針對波浪運動的特定條件對其進行最佳化。在他們最近的測試中，她和她的同事想看看哪種設定能最持續地產生最多的電力：是將所有球一起放在一個淺碗狀的圓形盆中，還是為每個球建立單獨的“軌道”，就像游泳池泳道中的游泳者一樣。
該團隊在波爾圖大學的一個水力實驗室工作，測試了嵌入在八分之一比例的海洋浮標模型中的 TENG 設計。他們將該模型放置在一個波浪池中，並模擬了附近葡萄牙菲蓋拉達福什海港中最常見的五種波浪模式。
TENG 由佐治亞理工學院的一位研究人員於 2012 年發明。羅德里格斯說，這項新研究標誌著 TENG 首次在如此真實的波浪條件下進行了測試。並且取得了成功：泳道式 TENG 設計產生了 230 微瓦的最大輸出功率——足以驅動醫療植入物等小型裝置。與碗形設計相比，它在不同波浪條件下也能更穩定地轉換能量。羅德里格斯說，可以透過結合多個 TENG 或在金屬球下方的表面新增奈米顆粒來提高輸出功率，從而提高材料收集電荷的能力。
加利福尼亞州蒙特雷灣水族館研究所工程部門主席安德魯·漢密爾頓（未參與這項新工作）表示，TENG 可能為困擾其他海洋能源技術的關鍵問題提供解決方案。他說，海洋是一個高力、低速系統：它包含大量能量，但這種能量分佈廣泛。因此，傳統的旋轉發電機通常需要比一小片海洋能夠提供的能量更多的能量來發電，而其他開發波浪動力浮標的嘗試也存在缺陷。蒙特雷灣自己的浮標專案透過利用水面和懸浮在水面以下數十至數百米的平臺之間的運動差異來發電。但是，為了在深海工作，這需要一條長電纜，該電纜會被破碎的波浪和水下洋流損壞。2017 年，印度的一個導航浮標使用振盪水柱系統為自身供電：波浪交替填充和排空部分淹沒的腔室，加速空氣進出水柱。然後，快速移動的空氣轉動渦輪機發電。但這種方法會產生潛在的擾人噪音，並且僅利用了波浪的垂直運動。
TENG 的小尺寸有助於它避免這兩個缺陷。羅德里格斯說，它的緊湊性是它的優勢之一，使研究人員可以輕鬆地將 TENG 與其他發電方法（如太陽能電池板或其他型別的波浪能收集器）結合使用。根據他們的波浪池試驗的成功，研究人員計劃修改他們的 TENG 原型，並將其安裝在菲蓋拉達福什的一個全尺寸浮標中。漢密爾頓指出，公海測試可能會帶來波浪池中無法模擬的挑戰。“任何為在海洋中全年使用而設計的裝置，都必須針對統計學上可能每 100 年發生一次的風暴進行設計，”他說。他解釋說，這種型別的極端天氣防護通常會使裝置更笨重、更不靈活且隨著時間的推移更不耐用，因為增加的表面積為磨損提供了更多機會。
羅德里格斯並未因此氣餒。她說，她不僅在研究 TENG 在海洋中的效能，還在研究它們在其他“惡劣條件”下的效能，包括當它們放置在地下水抽取井內時，以及縫製在鞋墊中時。這些廣泛的應用是為什麼她在未來期望看到 TENG“無處不在”。