Neues Material gewinnt Energie aus Wasserdampf

Anwendungspotenzial von Robotik bis zu tragbarer Elektronik.

Ingenieure am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine Polymer-Folie entwickelt, die aus kleinsten Mengen Wasserdampf Energie gewinnt. Denn das Material, das die Forscher in der heute, Freitag, erscheinenden Ausgabe von Science beschreiben, verformt sich zyklisch, wenn es feucht wird und wieder auftrocknet. Diese Bewegung könnte direkt genutzt werden, um beispielsweise Roboterarme zu betreiben. Zudem ist die Entwicklung für Stromgeneratoren geeignet.

Dazu wird das Polymer mit einem piezoelektrischen Material kombiniert, dass durch die mechanische Verformung Strom gewinnt, um Mikro- oder Nanosensoren damit zu versorgen. Denkbar wäre auch, solche Generatoren an Kleidung anzubringen, da schon verdampfender Schweiß reicht, damit sie funktionieren. „Man könnte laufen oder trainieren und dabei Strom erzeugen“, meint Liang Guo, projektbeteiligter MIT-Postdoc. So wäre es möglich, beispielsweise medizinische Sensoren am Körper zu betreiben.

Energie aus der Umwelt

Die Idee hinter der Entwicklung ist, Energie aus Feuchtigkeitsunterschieden zu gewinnen. Wenn die 20-Mikrometer-Folie auf einer feuchten Oberfläche liegt, nimmt die Unterseite Wasser auf und biegt sich von der Oberfläche weg. An der Luft trocknet sie dann schnell auf und überschlägt sich, ehe der Prozess erneut beginnt. „Das braucht nicht viel Wasser, ein klein wenig Feuchtigkeit genügt“, betont MIT-Postdoc Mingming Ma. Doch die Wirkung ist groß: Beispielsweise kann die Folie so als eine Art Mini-Traktor Silberdrähte transportieren, die zehn Mal mehr wiegen als sie selbst. Auch wäre denkbar, mit dem Material anstelle von Motoren kleine Roboterarme zu bewegen.

In Verbindung mit einem Piezoelektrikum entsteht ein Generator. Ein aktueller Prototyp erzeugt 5,6 Nanowatt, die zum Betrieb winziger, sehr stromsparender Geräte genutzt werden könnten – beispielsweise Nanoelektronik oder Umweltsensoren, die so unabhängiger von Akkus werden. In Zukunft wollen die Forscher die Ausbeute des Generators weiter steigern. Außerdem befassen sie sich mit weiteren potenziellen Anwendungsgebieten wie eben im Bereich tragbarer Elektronik oder sogar dem Einsatz in großem Maßstab, um beispielsweise entlang von Flüssen Strom zu erzeugen.

Effektive Kombination

Die neuartige Folie besteht aus zwei Polymeren, von denen eines Polypyrrol ist, das schon in früheren Versuchen als feuchtigkeitsempfindliches Material zur Energiegewinnung zum Einsatz kam. Bei der MIT-Entwicklung sorgt es als feste, aber flexible Komponente für Stabilität in einem Materialnetzwerk mit einem gelartigen Polymer, das deutlich anschwillt, wenn es Wasser aufnimmt. Der Vorteil dieses Ansatzes ist dem Team zufolge, dass das resultierende Material viel stärker auf Feuchtigkeit reagiert als Polypyrrol allein, mit stärkerer, kräftiger Verformung – und macht somit mehr Energie nutzbar.

Quelle

pressetext 2013Thomas Pichler 2013