Dröm - eller snart verklighet?

Trådlös elöverföring

Drömmen om trådlös elektricitet är gammal.
Nikola Tesla försökte i början på 1900-talet. Det gick inte.
Men nu våras det för elöverföring utan sladd. Många företag forskar och det finns flera fungerande lösningar. Tyvärr handlar det fortfarande om mycket små energimängder över korta avstånd. Men framgångarna håller drömmen om trådlös el levande.

Nikola Teslas storartade vision om energidistribution genom luften fungerade inte. Men nu, över hundra år senare, klarar vi av det som Tesla drömde om – fast i miniformat. Den här experimentmodellen från Intel klarar av att skicka ström för att försörja en 60-wattslampa mellan två spolar i magnetisk resonans. Överföringsavståndet är 90 centimeter, effektförlusten runt 25 procent.

Nikola Teslas storartade vision om energidistribution genom luften fungerade inte. Men nu, över hundra år senare, klarar vi av det som Tesla drömde om – fast i miniformat. Den här experimentmodellen från Intel klarar av att skicka ström för att försörja en 60-wattslampa mellan två spolar i magnetisk resonans. Överföringsavståndet är 90 centimeter, effektförlusten runt 25 procent.

Medan datorer, tv-apparater och musikanläggningar blir allt smäckrare år från år växer den dammsamlande sladdhärvan i hörnet högst märkbart. För att nu inte tala om alla mobiler och MP3-spelare vi glömmer bort att ladda. Livet skulle faktiskt bli bra mycket enklare om vi kunde överföra elektricitet trådlöst, men är det möjligt? Ja – kanske.

Nikola Tesla.

Nikola Tesla.

Teslas trådlösa vision

Tanken är inte ny. Redan den excentriske Nikola Tesla var inne på att överföra elektricitet trådlöst genom troposfären till hem och hushåll och började på Long Island i New York bygga det gigantiska kommunikationstornet Wardenclyffe Tower, som skulle ingå i ett tänkt världssystem för smidig energiöverföring. 1917 tvingades man dock riva det då bärande träbjälkar börjat ruttna – fast konspirationsteoretiker hävdade och hävdar förstås fortfarande att det var etablissemanget som stoppade projektet då man insåg svårigheterna med att ta betalt för trådlöst överförd el.

Många företag involverade

Nikola Tesla själv dog 1943, 86 år gammal och tärd och avmagrad efter att de sista åren levt huvudsakligen på soppa. Men pajaskonster och missbedömningar till trots går det inte att bortse från Nikola Tesla som växelströmmens fader och hans tidiga visioner om ett världssystem för trådlös energiöverföring för tankarna till andra världsomspännande system som internet, GPS och television och fascinerar än idag.

Att slippa trasslande sladdar är en dröm som lever kvar och på olika nivåer­, alltifrån den lilla miniatyrhelikopter man på 60-talet lyckades hålla i luften med el som strålades upp från marken med mikrovågor, till tankarna på att i framtiden kunna förse rymdfarkoster med energi laserstrålad upp från jorden och, omvänt, stråla ned energi till jorden från i omloppsbana cirklande satelliter som lagrat solenergi­.

Laddningsplatta för trådlös laddning av mobiltelefoner, fungerar genom induktion. Mobilen måste förses med speciell mottagare.

Laddningsplatta för trådlös laddning av mobiltelefoner, fungerar genom induktion. Mobilen måste förses med speciell mottagare.

Små energimängder

Det är förstås mycket långt dit, om det ens någon gång överhuvudtaget blir möjligt. Men när det gäller mindre apparater, som till exempel våra mobiler och MP3-spelare, växer sannolikheten märkbart och många företag är involverade i utvecklingen av tekniken.

Möjligheterna är i grunden tre.

Utnyttjandet av radiovågor för att överföra elektricitet är kanske den mest uppenbara lösningen, eftersom man i princip kan använda samma typ av sändare och mottagare som i redan existerande wifi-kommunikation. Powercast­ i Pittsburgh i USA ligger relativt långt framme här och har använt tekniken för att sända små energimängder över cirka 15 meter till industriella sensorer.

I framtiden tror man att metoden ska bli användbar för mindre strömkrävande apparatur som till exempel väckarklockor, fjärrkontroller och kanske till och med mobiltelefoner. Men ännu talar vi om ström i mycket små kvantiteter och över ett avståndsmässigt begränsat område.

Teslas laboratorium i Colorado Springs. Från taket reste sig en 61 meter hög mast med en kopparklädd kula i toppen. Laboratoriet monterades ned och innehållet såldes­ för att Tesla skulle kunna betala sina ganska stora skulder.

Teslas laboratorium i Colorado Springs. Från taket reste sig en 61 meter hög mast med en kopparklädd kula i toppen. Laboratoriet monterades ned och innehållet såldes­ för att Tesla skulle kunna betala sina ganska stora skulder.

Laserstråle mot solcell
En annan lösning, förordad av PowerBeam, även det USA-baserat, är att fokusera en infraröd laserstråle mot en solcell som omvandlar strålen till elektrisk energi. Så har gjorts för att få bland annat lampor och högtalare i funktion, men invändningarna är många. Verkningsgraden stannar hittills på blygsamma 15-30 procent och skeptikerna påtalar även att tekniken är direkt olämplig för portabel apparatur, vilken konstant flyttas runt i och mellan rum. Det senare löser PowerBeam genom att placera en fluorescerande lampa på mottagaren så att en kamera på sändaren kan spåra ljuset och rikta in lasern. Verkningsgraden tror man sig kunna höja till åtminstone 50 procent och till skillnad från många andra förslag avseende trådlös elöverföring förlorar en rätt fokuserad laserstråle ett minimum av energi även över väl tilltagna distanser.

Dock är det den tredje­ och sista lösningen som åtminstone­ för tillfället väcker störst intresse och här handlar det om trådlös energiöverföring med hjälp av magnetisk induktion. Ett fluktuerande magnetiskt fält från en spole kan inducera en elektrisk ström i en annan tätt intill. Så laddas till exempel eltandborstar och en del mobiltelefoner. Problemet är att medan verkningsgraden är god vid nära kontakt kan den sjunka ned till noll om avståndet till sändaren ökar med bara några millimeter och då är den trådlösa tekniken ute ur bilden redan innan den hunnit presenteras.

Flera projekt med solspeglar i rymden och energi­överföring till en mark­baserad mottagningsstation via mikro­vågor finns på ritbordsstadiet. Ett amerikanskt – lätt tvivel­aktigt projekt – hävdar­ att man ska vara igång redan 2016. Ett liknande japanskt projekt räknar med att ha ett fungerande system runt 2030.

Flera projekt med solspeglar i rymden och energi­överföring till en mark­baserad mottagningsstation via mikro­vågor finns på ritbordsstadiet. Ett amerikanskt – lätt tvivel­aktigt projekt – hävdar­ att man ska vara igång redan 2016. Ett liknande japanskt projekt räknar med att ha ett fungerande system runt 2030.

Utvecklar idén

Man har kunnat konstatera att om sändare och mottagare svänger med samma frekvens blir energiöverföringen mycket effektivare.

Ett första lyckosamt försök gjordes för tre år sedan, då 60 watt sändes två meter med en verkningsgrad på 40 procent. Nu utvecklar företaget WiTricity idén och man har bland annat lyckats förse en tv med ström från en halv meters håll och med en uppgiven verkningsgrad på 70 procent. En fördel jämfört med laserbaserad överföring är att magnetiska fält inte är fokuserade utan kan passera genom föremål mellan sändare och mottagare. Sony och Intel undersöker teknologin för mängder av kommande produkter och noterar redan på utvecklingsstadiet att verkningsgraden blir densamma för laptops, tv-apparater och mindre enheter som till exempel mobiltelefoner, det vill säga det är samma proportioner på energin som går förlorad vare sig det gäller en elslukande plasma-tv eller en avsevärt mindre apparat. Sannolikt­ blir trådlös elöverföring med tiden verklighet i våra hem och vardagsrum.

Miljöaspekten viktig

Ännu ligger dock allt i sin vagga och många invändningar finns förstås. Att sända elektricitet trådlöst är allt annat än självklart och kanske inte heller i det långa loppet önskvärt. En viktig aspekt är miljön och den globala uppvärmningen och organisationen Energy Saving Trust i London vill gärna ha ett ord med i laget. Man menar att i rådande läge borde vi istället målmedvetet arbeta för att öka verkningsgraden och för att spara energi och reducera utsläpp av växthusgaser från kraftverken.

– Med utgångspunkt från att dessa installationer visat sig ha en verkningsgrad på bara 10 till i bästa fall 60 procent kan man dra slutsatsen att mellan 90 och 40 procent av elektriciteten som hushållen ska betala för går förlorad, menar Paula Owen i ledningen för sagda organisation. Det är ett stort steg bakåt och inget som helst att sträva efter.

Wardenclyffe Tower på Long Island påbörjades 1901. Tornet var avsett för radio- och telekommunikation. Det skulle också bli startpunkten för Teslas storslagna projekt med trådlös energiöverföring – ett omöjligt projekt. Tornet revs redan 1917.

Wardenclyffe Tower på Long Island påbörjades 1901. Tornet var avsett för radio- och telekommunikation. Det skulle också bli startpunkten för Teslas storslagna projekt med trådlös energiöverföring – ett omöjligt projekt. Tornet revs redan 1917.

Hälsoeffekter

Även hälsoaspekten har fått ett växande utrymme i debatten. Energi koncentrerad i en laserstråle skulle kunna vålla skador på en människa, men PowerBeam menar optimistiskt att risken är minimal då man redan iakttagit vissa till själva tekniken kopplade försiktighetsmått. Ser kameran som är fäst på sändaren inte det fluorescerande ljuset på mottagaren släcks lasern ner på någon millisekund samtidigt som mottagaren över radio meddelar sändaren om avbrottet. Ingen skada skedd, med andra ord.

Exponering för radiovågor och magnetfält diskuteras också. Klart är att om överföringen hettar upp våra celler över en längre period kan detta vålla skador på vävnaden, men Rüdiger Matthes vid International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection i tyska Oberschleissheim slår fast att de teknikutvecklande företagen är noga med att hålla sig under gränsvärdena och att detta därför inte utgör något problem. Vissa biofysiker invänder att elektromagnetiska fält kan vålla vävnadsskador via andra, ännu inte utforskade mekanismer och att man därför bör vara ytterst försiktig. Det finns ju som bekant viss oenighet­ runt mobiltelefoners eventuella­ skade­verkningar.

Frågan är väl om forskningen på området kommer att iaktta den extra försiktigheten. Man hänvisar gärna till ICNIRP:s kriterier och gränsvärden och menar att följer man bara dessa är allt frid och fröjd. Trådlös överföring förblir nämligen målet – säkert både på gott och på ont.

Material från
Allt om Vetenskap nr 4 - 2010

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter