Rund 70 Prozent unserer Erdoberfläche wird vom Meer bedeckt. Darin liegt dementsprechend ein unglaubliches natürliches Energiereservoir – gesetzt den Fall, man findet Technologien, mit denen der Ozean nachhaltig als Energiequelle genutzt werden kann. Mit einem neuen Nanogenerator, der kürzlich von einem Forschungsteam der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Chinesischen Universität Hongkong (CUHK) entwickelt wurde, scheint die nächste Welle der sogenannten „Blauen Energie“ schon anzurollen. Denn den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ist ein wichtiger technologischer Durchbruch hinsichtlich der Gewinnung nachhaltiger „Blauer Energie“ aus den Weltmeeren gelungen. Ein Umstand, der für die Lösung unserer globalen Energie- und Klimakrise eine wichtige Bedeutung haben könnten.
Vorteile der Blauen Energie durch neue Technik nutzen
Wenn – wie durch die Bewegung des Wassers im Meer – ohnehin vorhandene Energie aus der Umgebung nutzbar gemacht werden soll, spricht man von Energy-Harvesting. Tribolelektrische Nanogeneratoren (TENG) spielen in diesem Zusammenhang eine zentrale Rolle: Sie können nämlich Bewegung wie Rotation oder Vibrationen in elektrische Energie umwandeln. Herkömmliche TENG-Geräte basieren jedoch häufig auf Systemen, bei denen sich die Materialoberflächen abnutzen oder durch längere Reibung beschädigt werden. Außerdem benötigen solche Geräte mechanische Komponenten wie Federn, Halterungen und Rotoren, um die zufällige Schwingungsenergie der Umgebung aufzunehmen. Diese komplexe Struktur verringert wiederum die Effizienz der Energiegewinnung. Das Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Zi Yunlong an der CUHK hat jedoch kürzlich diese bisherigen technischen Einschränkungen überwunden und einen Tribolelektrische Nanogenerator entwickelt, der auf fingergroßen Röhren basiert, die Wasser enthalten. Die elektrischen Ströme werden erzeugt, wenn sich Wasser zwischen den beiden Elektroden bewegt. Damit ist der neue Nanogenerator für die Nutzung unregelmäßiger und niederfrequenter Umweltenergien geeignet.
Wellen und Schwingungen des Armes erzeugen Energie
Da das Wasser und die Röhrenoberfläche in engem Kontakt bleiben, erzeugt die neue Technologie elektrische Ladung mit einem Wirkungsgrad, der alle bisher gemessenen Werte übertrifft. Weil das Wasser eine flexible Substanz ist, kann der neue Nanogenerator auch dazu verwendet werden, Energie aus einem breiten Spektrum anderer mechanischer Bewegungen zu gewinnen. Dass gehören Rotation, Schwingen, Wippen und horizontal lineare Bewegungen. Für die Erprobung der neuen Technologie konzipierten die Forscher also auch eine Stromerzeugungseinheit als Armband, das von einer Forscherin getragen wurde, die dabei ihre Arme schwang. Eine andere Einheit wurde im Meer platziert, um die Energie der Wellen zu sammeln. Die Spitzenleistung der beiden Forschungseinheiten reichte aus, um 150 LED-Glühbirnen zu betreiben.
Quelle: cpr.cuhk.edu.hk, Dr. Ramona Langner, Triboelektrische Nanogeneratoren (2016) / Fotocredit: © Silas Baisch/Unsplash
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