ALLES IST ENERGIE: Kraftwerk in der Luft

Forscher versuchen, Energie auf neue Weise zu gewinnen. Zwar gehen die Ansätze meist nicht über die Testphase hinaus, doch sie illustrieren die Vielfalt möglicher Verfahren.

Reiben, bis es leuchtet. Der triboelektrische Generator kann winzige Bewegungsimpulse in Energie verwandeln.

Wer einen Wollpullover über den Kopf zieht, dem stehen die Haare zu Berge. Aus dieser Reibung kann elektrische Energie gewonnen werden, genannt Triboelektrizität. Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology nutzt das Prinzip. Der Nanoforscher konstruierte den triboelektrischen Generator (TEG). Nicht größer als eine Untertasse und aus vier flachen Scheiben zusammengesetzt. Unten befinden sich drei unbewegliche Schichten, zwei aus Kunststoff, dazwischen eine Goldscheibe mit darauf angeordneten Elektroden. Auf dem Ganzen sitzt als Rotor eine Kupferscheibe.

Strom wird bei dem Mini-Generator so erzeugt: Der oben liegende Kupfer-Rotor beginnt sich zu drehen. Dabei schleift er über die Goldelektrodenscheibe. Durch abwechselndes Berühren von Elektrode A und Elektrode B baut sich elektrische Spannung auf. Dafür sind keine komplizierten Impulse erforderlich, fließendes Wasser oder Wind reichen völlig aus. Sogar das Vibrieren der Stimme erzeugt die elektrische Ladung: Wer redet, wird also zum Stromproduzenten.

Triboelektrische Quellen gäbe es genug, denn die Welt ist voller Reibung. Schuhsohlen reiben auf Teppichen, Autoreifen auf Asphalt. Im Test lieferte der TEG eine elektrische Leistung von 1,5 Watt. Er brachte LED-Felder zum Leuchten und lud ein Mobiltelefon auf. Theoretisch könnte in Zukunft jeder einen handlichen Tribogenerator bei sich haben. Der wandelt dann Körperbewegung in Energie um.

Höher, schneller, windiger

Auch die Windstromerzeugung geht neue Wege – auf einem Testgelände in den Niederlanden. Dort steigen spezielle Gleitdrachen in die Luft. Sie hängen an einer Leine, die mit einer Winde am Boden verbunden ist. Im Aufsteigen wickelt sich die Leine ab, ein an die Winde angeschlossener Generator erzeugt aus deren Drehbewegung den Strom. Natürlich soll der beim Aufrollen nicht gleich wieder verloren gehen. Deswegen wird der Drachen erst gefaltet und dann eingeholt. So ist der Luftwiderstand geringer.

Den Stromdrachen lenkt ein Autopilot. Sensoren messen dabei die Strömungsgeschwindigkeiten, um die für die Stromerzeugung beste Flugbahn zu finden. Bisher stieg das Modell der TU Delft auf 300 Meter und kam dabei auf 6,5 Kilowatt elektrische Leistung. Der Gedanke hinter diesem Kraftwerk in der Luft: Der Ertrag der Stromerzeugung aus Windkraft wächst mit zunehmender Höhe. Windrädern aus Stahl sind aber statische Grenzen gesetzt. Drachen dagegen können auch ganz oben am Himmel flattern.

Silizium-Blatt

Pflanzen schaffen es, aus energiearmen Substanzen energiereiche zu machen. Für die Photosynthese benötigen sie Licht. Dieser natürliche Prozess kann auch von einem künstlichen Blatt ausgehen. Daniel Nocera vom MIT hat ein solches gebaut. Es ahmt die Photosynthese nach, produziert dabei aber nicht Zucker, sondern elektrische Energie.

Genau genommen handelt es sich bei dem Kunstwerk um eine Solarzelle. Sie besteht aus Silizium, das die Sonnenenergie einfängt, und aus Nickel-Kobalt-Katalysatoren. Sobald die Solarzelle, die im Wasser liegt, Sonnenlicht abbekommt, spaltet sich das Wasser in seine molekularen Bestandteile auf: Wasserstoff und Sauerstoff. Die versorgen eine Brennstoffzelle, die wiederum elektrische Energie erzeugt.

Die Idee hat schon ein paar Jahre auf dem Buckel, aber in bisherigen Versuchen hielt der Katalysator nicht lange. Noceras Prototyp scheint stabiler zu sein. 45 Stunden lang trennte er Wasserstoff und Sauerstoff, ohne nachzulassen. Nocera neigt, was die Bedeutung seines künstlichen Laubs angeht, nicht zur Bescheidenheit. Photosynthese treibe die Natur an, sagt er, und auch die Welt werde so in Zukunft angetrieben.

Algen-Fassade

Was Nocera im Wasserglas testet, versorgt in Hamburg ein Mehrfamilienhaus mit Energie. Auf der Elbinsel steht das Gebäude, dessen Fassade aus länglichen Glasplatten besteht. In denen blubbert eine grüne Substanz: Mikroalgen. Für die Photosynthese brauchen die 3 bis 5 Mikrometer messenden Einzeller drei Dinge: Sonnenlicht, Kohlendioxid, Nährstoffe. Dann wachsen sie und liefern Biomasse, 15 Gramm pro Quadratmeter und Tag. Die müssen in Biogas umgewandelt werden, so landen Strom und Wärme in den Haushalten.

Das Gebäude mit der „Biohaut“ soll einen Vorgeschmack auf künftige Wohnstandards geben. Das Modell ist aber nur mit einem gewissen Aufwand zu warten. Belag, der sich auf den Bioreaktoren bildet, senkt zudem den Biomasse-Ertrag. Und in der Nacht stellen die Algen die Produktion natürlich ganz ein. Dennoch: Im Prinzip funktioniert das Konzept.

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Siehe auch Woher kommt die Energie?


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