Neuer Generator erzeugt Strom aus feuchter Luft

Wassertropfen, die auf extrem wasserabweisenden Oberflächen kondensieren, hüpfen durch ihre hohe Oberflächenspannung ab und an spontan von diesen weg. Da sie dabei elektrische Ladungen mit sich tragen können, lässt sich der Effekt zur Stromerzeugung nutzen. Genau das hat ein Forscherteam am MIT jetzt demonstriert.

“Unsere Apparatur ist einfach aufgebaut. Wir haben zwei Kämme aus Platten konstruiert, von denen einer wasserabweisend ist (siehe Darstellung oben). Diese Kämme sind ineinander verzahnt, dürfen sich aber nicht berühren. Der wasserabweisende Kamm wird gekühlt, woraufhin Wasser aus der Luft auf den Oberflächen kondensiert. Dann springen kleine Tropfen spontan auf den anderen Kamm über, der wasserfreundlich ist, und nehmen eine positive Ladung mit. So entsteht ein Potenzialunterschied und wir können elektrische Energie entnehmen”, erklärt Nenad Miljkovic, der an dem Projekt mitgearbeitet hat, gegenüber der futurezone.

Als wasserabweisendes Material haben die Wissenschaftler Kupfer verwendet, dessen Oberfläche auf spezielle Art oxidiert wurde, damit Nanostrukturen entstehen. “Das Material ist aufgeraut, mit Strukturen in der Größenordnung von einem Mikrometer, das entspricht etwa einem Hundertstel des Durchmessers eines menschlichen Haares. Das Ganze wird dann mit einem Teflon-ähnlichen Kunststoff überzogen, in einer ultra-dünnen Schicht”, so Miljkovic. Der zweite Kamm besteht aus normalem Kupfer. Der Prototyp der Forscher ist lediglich 10 x 10 x 5 Zentimeter groß, vorerst lässt sich damit nur wenig Energie gewinnen. “Wir können rund 15 Picowatt pro Quadratzentimeter generieren. Mit größeren Oberflächen für die Kämme und höheren Kondensationsraten können wir das aber deutlich steigern. Kurzfristig peilen wir den Mikrowatt-Bereich an (Anm.: Das wäre rund hunderttausend mal mehr Leistung)”, so Miljkovic.

Verbesserungen geplant

Die theoretische Obergrenze wird vor allem durch die maximale Sprunggeschwindigkeit der Tropfen festgelegt. Die liegt laut derzeitigen Beobachtungen bei rund einem Meter pro Sekunde. “Wenn wir schnellere Tropfen hinbekommen, können wir mehr Strom erzeugen”, sagt Miljkovic. Um ein durchschnittliches Mobiltelefon zu laden, wäre derzeit ein Generator mit den Maßen 50 x 50 x 50 Zentimeter nötig, der Ladevorgang würde sechs Stunden dauern. Um überhaupt Strom erzeugen zu können, muss aber immer ein Temperaturunterschied zwischen Luft und wasserabweisendem Kamm vorhanden sein, damit Wasser kondensieren kann. “Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das zu erreichen. Der normale Wärmeverlust in der Nacht wäre eine Möglichkeit”, sagt Miljkovic.

Mit der Technik ließen sich extrem kostengünstige Generatoren herstellen, die in Regionen mit schlechter Infrastruktur ohne weitere Kosten zur Stromerzeugung verwendet werden könnten. Damit ließen sich in Zukunft Smartphones und andere elektrische Geräte an Orten aufladen, an denen das bisher kaum möglich war. Immer vorausgesetzt, dass die Luft genug Feuchtigkeit mitbringt. “Durch die Verwendung von Aluminium statt Kupfer wäre das Gerät wirklich günstig herzustellen. Durch Massenfertigung würde der Generator nochmals günstiger. Für den Anfang sind die Anwendungen, die uns vorschweben vor allem die Stromversorgung von abgelegenen Sensoren und anderen elektrischen Geräten”, so Miljkovic.