Der neue Forschungsbericht von IDTechEx, „Piezoelektrische Energiegewinnung und Sensorik 2019–2039“, fasst erstmals alle relevanten Aspekte zusammen. Milliwatt oder Megawatt: Wo liegt die Zukunft der Piezoelektrizität? Warum forschen die Biowissenschaften so intensiv an energieautarken Sensoren? Können wir piezoelektrische und Solartechnologie kombinieren, um Autos unterwegs aufzuladen? Piezoelektrizität ist bei hohem Verkehrsaufkommen effektiv; Solarenergie hingegen bei geringem Verkehrsaufkommen. Wie der Bericht verdeutlicht, benötigen wir eine kostengünstigere und weniger toxische Alternative zu herkömmlichem Bleizirkonattitanat. Welche Forscher und Startups versprechen dies? Warum ist die neue piezotronische Technologie, die Halbleiter- und piezoelektrische Bauelemente kombiniert, so vielversprechend?
Neue Materialien, Geräte, Formate und Anwendungen werden erforscht, darunter Farben, Folien, großflächige Sensorik und die Erzeugung von Megawatt-Leistung. Eine ausgewogene Bewertung auf Basis zahlreicher neuer Interviews beleuchtet sowohl die positiven als auch die negativen Aspekte der piezoelektrischen Energiegewinnung und Sensorik im Zeitraum 2019–2039. Dazu gehört die Herausforderung, breitbandige piezoelektrische Energiewandler flächendeckend einzusetzen. Gleichzeitig zeigt sich aber auch, dass die bisher schwer zu realisierenden Standard-Vibrationsenergiewandler in der Praxis gute Ergebnisse liefern.
Dieser 241-seitige Bericht enthält eine umfassende Managementzusammenfassung und Schlussfolgerungen für Leser mit wenig Zeit. Zehn zentrale Erkenntnisse werden präsentiert, gefolgt von neuen, datenreichen Infografiken. Elf Prognosen für relevante Geräte und Märkte für piezoelektrische Energiewandler und Sensoren werden vorgestellt und umfassen Patenttrends, Marktpräsenz und Initiatoren. Der Markt für Schwingungsenergiegewinnung wird umfassend analysiert und Erfolgswege für die piezoelektrische Energiegewinnung aufgezeigt. Piezo wird zudem im Kontext aller Energiegewinnungsmärkte, kategorisiert nach Größe bis 2029, dargestellt.
Kapitel 2 ist die Einleitung. Es untersucht alle piezoelektrischen Energiegewinnungstechnologien im Kontext. Ihre Parameter und Anwendungsbereiche werden mit anderen Energiegewinnungsmethoden verglichen. Vielversprechende Verbesserungen werden aufgezeigt, die den Erfolg piezoelektrischer Energiewandler ermöglichen. Die Materialauswahl wird Parameter für Parameter mit den neuesten Entwicklungen verglichen. Betriebsarten und Normen werden gegenübergestellt und multifunktionale Energiewandler vorgestellt.
Kapitel 3 befasst sich eingehend mit der Theorie und den Grundlagen der Kristallographie in ihrer Anwendung auf Geräte- und Systemdesign. Dies wird anhand aktueller Forschungsergebnisse veranschaulicht. Es werden neue bleifreie Morphologien vorgestellt sowie Möglichkeiten zur Erzielung einer großen akustischen Bandbreite und erhöhter Leistung aufgezeigt. Sie erfahren mehr über flexible Polymere und Piezoelektrika sowie über Systemdesign, einschließlich des Verzichts auf Batterien.
Kapitel 4 befasst sich speziell mit piezoelektrischen Polymeren für Sensorik und Energiegewinnung. Kapitel 5 behandelt die Energiegewinnung mit geringem Stromverbrauch und piezoelektrische Sensoren in Konsumgütern, im Gesundheitswesen und weiteren Bereichen. Piezoelektrische Flaggen, drahtlose Sensoren, Steuerungen und MEMS werden ausführlich behandelt. Die Herausforderungen von Dünnschichtversionen werden erläutert und zahlreiche weitere Beispiele vielversprechender zukünftiger Anwendungen vorgestellt.
Kapitel 6 befasst sich mit der piezoelektrischen Energiegewinnung im Hochleistungsbereich und bietet die detaillierteste Darstellung des aktuell größten Forschungsprojekts: piezoelektrische Autobahnen. Weitere behandelte Anwendungsgebiete und Anlagen sind Wellenenergie, rotierende Maschinen und Fußböden.
Kapitel 7 analysiert die Integration mit anderen Energieerntern, darunter gewebte und dehnbare Varianten sowie Kerzen und Wearables. Kapitel 8 befasst sich eingehend mit piezoelektrischen Sensoren: Materialien (einschließlich neuerer), Wandler, Funktionen, Signalverarbeitung, Vorteile, Herausforderungen und Erwartungen. Multifunktionale Sensorik wird hier ebenso wie eine Vielzahl von Anwendungen untersucht. Kapitel 9 stellt 54 Organisationen vor, die im Bereich der piezoelektrischen Sensorik und Energiegewinnung tätig sind – von der Materialforschung bis zum Vertrieb – anhand neuer Interviews und aktueller Konferenzankündigungen.
Autor: Dr. Peter Harrop, Präsident, IDTechEx
