Energy Harvesting Elektrische Energie aus Wasserdampf erzeugt

Energie aus der Umwelt lässt sich über verschiedene Quellen ernten: aus Licht, Temperaturunterschieden, Bewegungen oder sogar HF-Strahlung. Forscher vom MIT haben mit Wasserdampf jetzt eine weitere Quelle aufgetan, die allerdings noch sehr geringe Leistungen erzeugt.

Um Wasserdampf bzw. Feuchtigkeit überhaupt zur Erzeugung elektrischer Energie nutzen zu können, haben die Forscher vom »David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research« am MIT (Massachusetts Institute of Technology) ein Polymer entwickelt. Dieses Polymer ändert seine Form –zum Beispiel biegt es sich oder rollt sich zusammen – sobald es mit Wasserdampf in Berührung kommt. Wenn dieses Polymer mit einem piezoelektrischen Material verbunden wird, können die mechanischen Bewegungen dann in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Forscher geben für diesen Wandler eine Leistung von 5,6 nW an. Die so gewonnene elektrische Energie lässt sich in Kondensatoren speichern, die dann wiederum bestimmte Sensoren versorgen könnten.

In Kleidung integriert könnte ein solcher polymergetriebener Piezogenerator z.B. aus Schweiß Energie für Körperfunktionssensoren erzeugen. Wenn es etwas mehr Energie sein soll, könnten sich die Forscher auch vorstellen eine große Plane aus dem Polymer über einen Fluss zu spannen.

Bei dem wasserdampfempfindlichen Polymer handelt es sich genau genommen um eine Kombination von zwei Polymeren: das härtere aber flexible Polypyrrol ist das Gerüst für das gel-artige Polyol-haltige Polymer, das beim Kontakt mit Wasser anschwillt und sich ausdehnt. Kommt das Material mit einer feuchten Oberfläche in Berührung, rollt es sich zusammen. Umgeben von trockener Luft, wird das Wasser wieder abgegeben und das Material rollt sich wieder aus. Diese Bewegung wiederholt sich immer wieder, vorausgesetzt natürlich, es ist genügend Feuchtigkeit da. Das Material nutzt also das Konzentrationsgefälle zwischen trockener und feuchter Luft.

Derzeit arbeiten die Forscher daran, den Wirkungsgrad zu verbessern, mit der die mechanische in  elektrische Energie umgewandelt wird, damit die derzeit noch sehr geringe Menge elektrischer Energie größer wird. Ob dieses Material allerdings an die Leistungen von derzeit gängigen Energiewandlern für das Energy-Harvesting herankommt, muss sich erst noch zeigen.

Die mechanischen Bewegungen des Polymers lassen sich aber auch als Aktoren nutzen, wie etwa bei künstlichen Muskeln. Im Versuch konnten die Forscher zeigen, dass ein 25 mg leichtes Polymerstück zum Beispiel aufgeklebte Silberdrahtstücke, die zehnmal schwerer sind bewegen kann.

Die MIT-Forscher haben ihre genauen Ergebnisse in der Zeitschrift Science veröffentlicht, die am 11. Januar 2013 erschienen ist.