收获海洋清洁能源（至少是一小部分）的关键可能在于静电。葡萄牙的一个研究团队现在已成功利用静电来运行导航浮标内部的小型发电机，为浮标用于收集数据和帮助水手所使用的传感器和灯光供电。尽管该项目的规模目前还很小，但研究人员表示，对于一种可以补充现有波浪能利用尝试以及其他自然运动的技术而言，这是一个重要的概念验证。
海洋是可再生能源发电的有吸引力的目标。仅波浪每年就能产生32,000太瓦时的自然能量——作为参考，全球每年使用约23,000太瓦时。此外，还有洋流、潮汐和热能的力量。但尽管进行了数十年的研究，海洋的运动已被证明难以利用。波浪模式不可预测，海水会腐蚀金属发电设备，而且波浪的能量同时分散在三个维度（上下、前后和左右）。
部分由于这些挑战，几个新兴的大型波浪能项目的电力输出落后于预测。葡萄牙研究人员转而专注于更小、更易于管理的事物：为导航浮标供电，导航浮标通常包含引导船只的灯光和监测海洋状况的传感器。该团队转向所谓的摩擦纳米发电机或 TENG，它使用静电将运动转化为电流——原理与在蓬松的毛衣上摩擦气球以产生电荷相同。每个 TENG 的核心是两个表面，面积仅为几平方厘米，可以很容易地带正电或负电。在堆叠的这两个表面之上，研究人员放置了 10 个不锈钢球，直径约为 12 毫米，可以自由移动。当它们的容器倾斜时，球会滚动并相互摩擦两个表面。这会积聚静电荷，静电荷可以转化为电力为电池供电。
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“我们开发了这些新型设备，可以将节奏和机械能转化为电能，”葡萄牙波尔图大学的纳米技术博士生卡蒂亚·罗德里格斯说。上周，她在网上举行的美国物理学会会议上发表了关于她的团队的波浪动力浮标的演示。“这些设备成本低廉。它们达到高功率密度[且具有]高效率，”罗德里格斯说，并补充说，即使在波浪小且不频繁时，TENG 也能继续表现良好。
TENG 可以从任何形式的运动中发电，但罗德里格斯和她的合作者专注于测试各种 TENG 原型，以针对波浪运动的特定条件对其进行优化。在他们最近的测试中，她和她的同事想看看哪种设置能最持续地产生最多的电力：是将所有球一起放在一个浅碗状的圆形盆中，还是为每个球创建单独的“轨道”，就像游泳池泳道中的游泳者一样。
该团队在波尔图大学的一个水力实验室工作，测试了嵌入在八分之一比例的海洋浮标模型中的 TENG 设计。他们将该模型放置在一个波浪池中，并模拟了附近葡萄牙菲盖拉达福什海港中最常见的五种波浪模式。
TENG 由佐治亚理工学院的一位研究人员于 2012 年发明。罗德里格斯说，这项新研究标志着 TENG 首次在如此真实的波浪条件下进行了测试。并且取得了成功：泳道式 TENG 设计产生了 230 微瓦的最大输出功率——足以驱动医疗植入物等小型设备。与碗形设计相比，它在不同波浪条件下也能更稳定地转换能量。罗德里格斯说，可以通过结合多个 TENG 或在金属球下方的表面添加纳米颗粒来提高输出功率，从而提高材料收集电荷的能力。
加利福尼亚州蒙特雷湾水族馆研究所工程部门主席安德鲁·汉密尔顿（未参与这项新工作）表示，TENG 可能为困扰其他海洋能源技术的关键问题提供解决方案。他说，海洋是一个高力、低速系统：它包含大量能量，但这种能量分布广泛。因此，传统的旋转发电机通常需要比一小片海洋能够提供的能量更多的能量来发电，而其他开发波浪动力浮标的尝试也存在缺陷。蒙特雷湾自己的浮标项目通过利用水面和悬浮在水面以下数十至数百米的平台之间的运动差异来发电。但是，为了在深海工作，这需要一条长电缆，该电缆会被破碎的波浪和水下洋流损坏。2017 年，印度的一个导航浮标使用振荡水柱系统为自身供电：波浪交替填充和排空部分淹没的腔室，加速空气进出水柱。然后，快速移动的空气转动涡轮机发电。但这种方法会产生潜在的扰人噪音，并且仅利用了波浪的垂直运动。
TENG 的小尺寸有助于它避免这两个缺陷。罗德里格斯说，它的紧凑性是它的优势之一，使研究人员可以轻松地将 TENG 与其他发电方法（如太阳能电池板或其他类型的波浪能收集器）结合使用。根据他们的波浪池试验的成功，研究人员计划修改他们的 TENG 原型，并将其安装在菲盖拉达福什的一个全尺寸浮标中。汉密尔顿指出，公海测试可能会带来波浪池中无法模拟的挑战。“任何为在海洋中全年使用而设计的设备，都必须针对统计学上可能每 100 年发生一次的风暴进行设计，”他说。他解释说，这种类型的极端天气防护通常会使设备更笨重、更不灵活且随着时间的推移更不耐用，因为增加的表面积为磨损提供了更多机会。
罗德里格斯并未因此气馁。她说，她不仅在研究 TENG 在海洋中的性能，还在研究它们在其他“恶劣条件”下的性能，包括当它们放置在地下水抽取井内时，以及缝制在鞋垫中时。这些广泛的应用是为什么她在未来期望看到 TENG“无处不在”。