Rollender Generator sichert Meeres-Monitoring
Pacific Northwest National Laboratory nutzt durch Reibung entstehenden Strom statt Batterien
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Schematische Darstellung des Generators, der Wellenenergie nutzt (Grafik: Sara Levine, pnnl.gov) |
Richland (pte016/16.01.2023/12:30)
Forscher des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) haben einen zylinderförmigen triboelektrischen Nanogenerator (TENG) entwickelt, der Wellen aller Art in elektrische Energie umwandelt. Das reicht, um Messfühler auf dem Meer, die Temperaturen, Windgeschwindigkeiten, drohende Tsunamis und andere Daten erfassen, und die zugehörigen Funkgeräte mit Strom zu versorgen, die die Daten an eine Zentrale übermitteln. Der Austausch von teuren Batterien entfällt damit.
Kostengünstig und effizient
"TENGs sind kostengünstig, leicht und können langsame, gleichmäßige und zufällige Wellen effizient in Strom umwandeln, was sie besonders gut für die Stromversorgung von Geräten im offenen Ozean macht, wo Überwachung und Zugang schwierig und kostspielig sind", so Daniel Deng, PNNL-Laborstipendiat und Mitentwickler des neuen Geräts. Der TENG besteht aus zwei Zylindern. Der größere umschließt den kleineren, der sich frei drehen kann. Zwischen den beiden Zylindern befinden sich Kunstfellstreifen, Aluminiumelektroden und ein Teflon-ähnliches Material namens fluoriertes Ethylenpropylen (FEP).
Führt der TENG durch Meereswellen Rollbewegungen aus, reiben die Kunstfell- und Aluminiumelektroden auf dem einen Zylinder gegen das FEP-Material auf der Innenseite des anderen Zylinders. Dabei erzeugen sie statische Elektrizität, die in Strom umgewandelt wird. Der Effekt ist gleich wie beim Reiben eines Luftballons. Er lädt sich statisch auf und lässt Haare zu Berge stehen. Oder er klebt quasi an der Decke. Um die Ausbeute an Energie zu maximieren, haben die Entwickler im Inneren des Geräts Magnete platziert, die das Rotieren des inneren Zylinders verhindern, bis es den Kamm einer Welle erreicht hat.
Kontinuierliche Stromerzeugung
In dem Augenblick, in dem das Gerät die höchste potenzielle Energie getankt hat, löst sich die Magnetkraft und der Teng rollt hinunter ins Wellental. Dabei erzeugt er mehr Strom, als wenn er praktisch kontinuierlich von Wellen bewegt wird. Ein kleiner Akku speichert den Strom. "Diese Art von Generator kann Sensor-Arrays auf Bojen mit Strom versorgen, um Wasser-, Wind- und Klimadaten des offenen Ozeans allein mit erneuerbarer Meeresenergie zu erfassen", verdeutlicht Deng abschließend.
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