Smarte Gadgets bis hin zum Handy sind fester Bestandteil des Alltags – und sorgen dabei vor allem mit einer Eigenschaft regelmäßig für Ärger: Ihre Energiespeicher müssen bei starker Beanspruchung häufig neu aufgeladen werden. Forscher setzen daher schon länger auf das sogenannte Energy Harvesting, um eine größere Unabhängigkeit bei der Energieversorgung zu erreichen. Dabei wird versucht, ungenutzte Energiepotenziale abzuschöpfen.
Das bekannteste Beispiel hierfür sind vermutlich Automatikuhren. Durch die Bewegung des Handgelenks sorgt ein Gewicht im Inneren der Uhr dafür, dass die Aufzugsfeder gespannt bleibt. Die Mechanik wird somit in Betrieb gehalten.
Mit Silizium und Wasser
Ein europäisches Team von Forschern macht nun Hoffnung, dass die Versorgung einfacher Gadgets und Sensoren mit Energie künftig kein Problem mehr sein wird. Allerdings setzen sie auf ein anderes Prinzip. Im Exzellenzprojekt „BlueMat: Revolution durch Wasser“ der Technischen Universität Hamburg (TUHH) haben die Wissenschaftler einen sogenannten Intrusion-Extrusion-Generator entwickelt. Dieser kann Reibungsenergie umwandeln, die entsteht, wenn Wasser durch nanometer-große Silizium-Poren gepresst wird.
Die Effizienz von neun Prozent, die bei der Umwandlung der Energie erreicht wird, scheint auf den ersten Blick zwar nicht viel. Allerdings ist es der erste Nano-Generator dieser Art mit einem solch hohen Wirkungsgrad. „Entscheidend war die Entwicklung von präzise kontrollierten Siliziumstrukturen, die sowohl elektrisch leitfähig als auch nanoporös und hydrophob sind“, wie Dr. Manuel Brinker von der Technischen Universität Hamburg betont. Sie erlauben ein präzises Steuern der Bewegung des Wassers im Inneren und bilden damit die Grundlage für stabile Umwandlungsprozesse. Außerdem sind die Prozesse skalierbar. Die derzeit noch begrenzten Erträge sollen künftig deutlich größer ausfallen.
Kein Akku mehr für smarte Gadgets?
Vorteile sieht der Wissenschaftler überdies bei den verwendeten Materialien. Für den Generator wurden keine speziellen Flüssigkeiten benötigt. Und Silizium gilt als der Halbleiter, der auf der Erde am häufigsten vorkommt. Damit soll sich die Technologie für eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten empfehlen. Hierzu zählen etwa sich mit Energie selbstversorgende Sensorensysteme, smarte Kleidung oder auch kompakte Gadgets wie Fitnesstracker. Diese müssten künftig nicht mehr geladen werden.
Für Smartphones dürfte die Ausbeute aus diesen Umwandlungen jedoch kaum genügen. Die hochauflösenden und hellen Displays sowie die immer leistungsstärkeren Prozessoren treiben den Verbrauch von Strom in immer neue Höhen. Diesen Ansprüchen sind selbst die immer größer werdenden Akkus kaum gewachsen. Allerdings könnte man solche Technologien künftig ergänzend verbauen – auch beim E-Auto wird über die Solarzellen im Dach und an den Seiten der Fahrzeuge nachgedacht.