Winzige statische Elektrizitätsgeneratoren könnten aus Wellen Strom erzeugen

Ein intelligenter Weg, viele Nanogeneratoren zusammenzustellen, die statische Elektrizität nutzen, um Strom zu erzeugen, könnte eine neue Art von Wellenenergie eröffnen

Von Michael Le Page

16. September 2022

Wellenenergie ist eine potenzielle saubere Stromquelle mit großem Potenzial

Cavan Images/Alamy

Die Wellenenergie könnte durch winzige Generatoren, die auf einem Phänomen namens triboelektrischer Effekt beruhen, einen Schub erhalten. Ein Team in China hat ein Design vorgestellt, das den bisherigen Rekord dieser Technologie für die pro Volumeneinheit erzeugte Energie verdoppelt.

Anders als bei Wind- und Solarenergie verhindern die hohen Kosten noch immer den großen Durchbruch der Wellenenergie. Bestehende Systeme erzeugen Strom, wenn Wellenbewegungen elektromagnetische Induktion antreiben, bei der sich Magnete durch Spulen bewegen. Diese sind jedoch schwer, teuer und ineffizient, sagt Joao Ventura von der Universität Porto in Portugal.

Eine Alternative besteht darin, Wellenenergiesysteme zu schaffen, die Energie einfangen, indem sie den Aufbau statischer Elektrizität ausnutzen, wenn verschiedene Materialien aneinander reiben, wie ein Ballon an Haaren. Dieses Phänomen ist als triboelektrischer Effekt bekannt und die Entladung der aufgebauten statischen Ladung kann einen Strom erzeugen. Geräte zur Nutzung dieses Effekts werden als „Nanogeneratoren“ bezeichnet.

Viele Teams entwickeln triboelektrische Systeme für kleine Anwendungen wie den Antrieb von Herzschrittmachern oder die Stromerzeugung aus der Bewegung von Socken oder Rucksäcken, aber bisher sind keine Geräte mit Nanogeneratoren auf den Markt gekommen.

Da der von jedem Nanogenerator erzeugte Strom gering ist, besteht die Idee für die Wellenenergie darin, Tausende von triboelektrischen Nanogeneratoren in langen Ketten miteinander zu verbinden, die durch flexible Anschlüsse verbunden sind. Derzeit bestehen viele vorgeschlagene Wellenkraftdesigns, die den triboelektrischen Effekt nutzen, aus Kugeln, die in jedem Nanogenerator herumrollen.

Jetzt hat ein Team unter der Leitung von Zhong Lin Wang vom Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems in China, das 2012 den ersten funktionierenden triboelektrischen Nanogenerator entwickelt hat, ein anderes Design für Wellenkraft entwickelt, das aus einer federähnlichen Slinky-Spule in einem Zylinder besteht . Während der Zylinder in Wellen hin und her schaukelt, berühren sich verschiedene Teile der Spirale und trennen sich, wodurch eine Strömung entsteht.

In Labortests erzeugte dieses Gerät bis zu 347 Watt Leistung pro Kubikmeter, doppelt so viel wie zuvor und bis zu 30-mal so viel wie andere triboelektrische Designs.

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„Der Gruppe gelang ein bedeutender Durchbruch bei der Entwicklung einer neuen triboelektrischen Struktur, die eine große Leistungsdichte bietet“, sagt Ventura.

Bei triboelektrischen Nanogeneratoren sei die zur Stromerzeugung verwendete Struktur meist viel größer als die dünne Schicht der Triboelektrika, sagt er. „Wenn man mehr auf den gleichen Raum packen kann, hat man große Vorteile.“

Die Arbeit überwindet einige der größten Hindernisse, die den Einsatz triboelektrischer Nanogeneratoren zur Wellenenergiegewinnung verhindern, sagt Ventura.

Aber Wellenkraftpionier Stephen Salter von der Universität Edinburgh, Großbritannien, ist nicht davon überzeugt, dass triboelektrische Nanogeneratoren herkömmliche Wellenkraftdesigns übertreffen könnten. Darüber hinaus wird Verschleiß ein Problem sein, sagt Salter, da der Prozess mit Reibung verbunden ist, und das Team sagt nicht, wie es dieses Problem angehen wird.

One Earth DOI: 10.1016/j.oneear.2022.08.013

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