Wellengenerator

Seegras als Vorbild für triboelektrisches Unterwasserkraftwerk

Robert Klatt

Ein triboelektrischer Nanogenerator im Seegras-Design erzeugt bereits bei geringer Wasserbewegung Strom. In Zukunft könnten solche Wellengeneratoren Unterwassersensoren und Leuchtbojen mit Energie versorgen.

Dalian (China). Die Meeresenergie besitzt ein immenses Potenzial zur Stromproduktion, das bisher fast ausschließlich bei fest installierten Gezeitenkraftwerken genutzt wird. Diese gewinnen aus den Strömungen bei Ebbe und Flut Energie. Außerdem existieren sogenannte Wellengeneratoren in Form schwimmender Kraftwerke, die die Energie der Brandung zur Stromproduktion nutzen. Weil der Preis solcher Anlagen bisher sehr hoch ist und diese nur bei starkem Wellengang Strom erzeugen, handelt es sich bei Wellengeneratoren bisher aber nur um ein Konzept, das noch nicht im industriellen Ausmaß eingesetzt wird.

Nun haben Wissenschaftler der Maritimen Universität Dalian im Fachmagazin ACS Nano ein neues Konzept für einen Wellengenerator vorgestellt, das auf dem Prinzip der triboelektrischen Stromerzeugung basiert. Im Kern besteht das kleine Kraftwerk, das Energie durch die Nutzung der statischen Elektrizität erzeugt, aus triboelektrischen Nanogeneratoren (TENG). Diese setzen sich aus mehreren Schichten leitfähiger Materialien zusammen, die bei Kontakt gegenseitig Ladungen austauschen.

Mechanische Energie wird Strom

Der kompakte Wellengenerator erzeugt so aus mechanischer Energie Strom. Im Ruhezustand befindet sich zwischen den Schichten des Generators dazu eine Lücke. Wenn die flexiblen Schichten durch die Wellen zusammengedrückt werden, fließt Strom. Nanogeratoren wie diese werden bereits in Herzschrittmachern oder als biomechanische Energiesammler zur Stromerzeugung beim Sport eingesetzt.

Seegras als Vorbild

Beim Design des neuen Wellengenerators hat sich das Team um Yan Wang Seegras als Vorbild genommen. Der Wellengenerator besteht deshalb aus langen Streifen des triboelektrischen Schichtmaterials, die lediglich an einem Ende befestigt sind und sich somit frei im Wasser bewegen können. Bereits kleine Wellen reichen somit zur Stromproduktion aus.

In Experimente konnte der Generator bereits bei geringer Wasserbewegung Strom für 30 LEDs erzeugen. Auch in einer Tiefe von zehn Metern konnte der Wellengenerator trotz seiner dünnen Lamellen noch Strom erzeugen. „Die Demonstrations-Experimente sprechen dafür, dass solche flexiblen, günstigen Seegras-TENGs künftig eine gute Alternative zu Batterien für küstennahe Instrumenten und Geräte sein könnten“, erklärt Wang. In Zukunft könnte das Minikraftwerk unter anderem Bojen oder Unterwasser-Messnetze mit Strom versorgen.

ACS Nano, doi: 10.1021/acsnano.1c05127

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