Werden Jogger künftig beim Laufen ihren eigenen Windstrom produzieren?

Foto: imago images/Jose Luis Carrascosa

Windkraft ist eine der wichtigsten Energiequellen der Zukunft. Auf dem Land und vor den Küsten drehen sich riesige Windräder. Aber es geht auch ganz klein: Chinesische Forscher haben jetzt ein Mini-Windkraftwerk entwickelt, das man überall nutzen kann. Es besteht aus einem Gerät, in dem zwei flatternde Plastikfolien sich ab einer bestimmten Windstärke immer wieder berühren. Der Mini-Generator soll schon bei schnellem Gehen oder Joggen Windenergie erzeugen, bereits bei etwa sechs Kilometern in der Stunde. Die Forscher präsentieren ihre Erfindung in der Fachzeitschrift „Cell Reports Physical Science“.

Die Forscher nennen ihre Erfindung „triboelektrischen Nanogenerator“, der den Bernoulli-Effekt nutze. Triboelektrisch bedeutet: elektrische Aufladung durch Reibung. Und der Bernoulli-Effekt besagt, dass der Druck abnimmt, wo eine schnelle Strömung fließt. Am besten lässt sich der Effekt mit einem kleinen Experiment zeigen: Zwei Papierbögen werden parallel zueinander in geringer Entfernung aufgehängt. Wenn man jetzt Luft dazwischen bläst, dann nähern sich die beiden Bögen an, statt sich voneinander zu entfernen. Auch der Auftrieb von Flugzeugen beruht auf diesem Effekt, der erstmals im 18. Jahrhundert vom Schweizer Physiker Daniel Bernoulli beschrieben wurde. Die Tragflächen sind so geformt, dass die Luft auf der oberen Seite schneller strömt als auf der unteren. Durch die Druckunterschiede entsteht der Auftrieb.

Bei ihrer Entwicklung nutzen die chinesischen Wissenschaftler zwei Plastikfolienstreifen, die sie nur wenige Zentimeter entfernt voneinander anbringen. Die Kontaktfläche des einen Streifens besteht aus Polyvinyliden-Fluorid (PVDF), das ähnliche elektrische Eigenschaften wie Eisen hat. Die Kontaktfläche des anderen Streifens enthält Fluorethylen-Propylen (FEP). Wind bringt die Folienstreifen zum Flattern. Durch die Reibung bei der Berührung entstehen elektrostatische Ladungen.  Als Elektrode dient eine hauchdünne Beschichtung mit Silbernanopartikeln. Die Idee ist grundsätzlich nicht ganz neu, aber das Ergebnis wesentlich effizienter als bei ähnlichen, früher präsentierten Vorrichtungen.

Wie ein Video zeigt, erzeugen die Folien so viel Strom, dass eine kleine Fläche mit 100 LED-Lämpchen zum Leuchten gebracht werden kann – wenn auch flackernd. Die Forscher entwickelten zudem einen Temperatur- und Luftdruckmesser, der seine Daten per Bluetooth übermitteln kann – allein mithilfe der Energie, die aus dem Luftstrom gewonnen wird. Bereits bei einer Windstärke von 1,6 Metern pro Sekunde konnte Strom gemessen werden. Die Forscher fanden heraus, dass eine maximale Ausbeute bei etwa acht Metern pro Sekunde liegt, was etwa der Windstärke 4 entspricht. Hier wurde eine Spannung von 175 Volt erreicht und eine Leistung von 2,5 Milliwatt. Die Erfindung verfüge „über eine hervorragende elektrische Leistung mit dem Potenzial, kleine elektrische Geräte mit Strom zu versorgen“, lautet die Schlussfolgerung der Forscher um Ya Yang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking.

Illustration der Forscher, um das elektrische Potenzial ihres Minikraftwerks aus zwei flatternden Streifen zu zeigen. Rote und gelbe Farben zeigen Spannungen von 20 bis über 80 Volt. 
Foto: Ya Yang/Chinese Academy of Sciences

Für den Alltagsgebrauch entwickelten die Forscher ein röhrenförmiges Gerät, das sie „B-Teng“ nannten. Es ist etwa so groß wie eine Packung Papiertaschentücher. Dieses Mini-Kraftwerk könne im Freien Wind aus jeder Richtung abfangen, schreiben sie. Bereits ab einer Geschwindigkeit von 5,8 Kilometern pro Stunde fließe Strom. „Wir haben unseren Nanogenerator einmal am Arm einer Person befestigt und der Luftstrom eines schwingenden Arms reichte aus, um Strom zu erzeugen“, sagte Ya Yang. Jeder Windhauch im Alltag lasse sich nutzen, um Strom zu produzieren.

„Unser Gerät kann sicherlich auch in Naturschutzgebieten oder Städten eingesetzt werden, da es keine rotierenden Strukturen aufweist“, erklärt Yang. Er kann sich vorstellen, die Leistung der Windkraftwerke auf bis zu 1000 Watt zu vergrößern, um in Bergen oder auf Hausdächern nachhaltig Strom zu erzeugen, wo keine Windräder stehen können. Einige Quadratmeter große Plastikflaggen könnten genauso funktionieren wie die kleinen Streifen. Neben einer Vergrößerung hat Ya Yang aber auch eine weitere Verkleinerung im Sinn. Er möchte sein Mini-Kraftwerke auf die Größe einer Münze schrumpfen und noch energieeffizienter machen, damit man sie an der Kleidung oder auf Wanderrucksäcken tragen kann. Vielleicht laufen bald viele Leute mit kleinen Windkraftwerken an der Kleidung umher. (mit dpa/fwt)