Ingenieure haben etwas Erstaunliches demonstriert. Aus nahezu jedem Material lässt sich ein Gerät herstellen, das kontinuierlich Energie aus feuchter Luft gewinnt.
Diese Entwicklung ist noch nicht praxisreif, überwindet aber nach Angaben der Autoren einige Einschränkungen anderer Energieernter. Vom Material werden lediglich Nanoporen mit einem Durchmesser von weniger als 100 Nanometern benötigt. Es ist etwa ein Tausendstel der Breite eines menschlichen Haares, also ist es leichter gesagt als getan, aber viel einfacher als erwartet. Ein solches Material kann Strom gewinnen, der durch mikroskopisch kleine Wassertröpfchen in feuchter Luft erzeugt wird, sagt ein Team unter der Leitung des Ingenieurs Xiaomeng Liu von der University of Massachusetts Amherst. Sie nannten ihre Entdeckung den „allgemeinen Air-Gen-Effekt“.
„Luft enthält eine große Menge Elektrizität“, sagt der Ingenieur Jun Yao von der University of Massachusetts Amherst. „Stellen Sie sich eine Wolke vor, die nichts anderes als eine Masse aus Wassertröpfchen ist. Jedes dieser Tröpfchen enthält eine Ladung, und unter den richtigen Bedingungen kann die Wolke Blitze erzeugen – aber wir wissen nicht, wie wir zuverlässig Strom aus Blitzen gewinnen können. „Wir haben eine künstliche kleine Wolke geschaffen, die vorhersehbar und kontinuierlich Strom für uns produziert, damit wir ihn ernten können.“
Wenn Ihnen Air-gen bekannt vorkommt, liegt das daran, dass das Team zuvor einen Luftenergie-Harvester entwickelt hat. Ihr vorheriges Gerät basierte jedoch auf Protein-Nanodrähten, die von einem Bakterium namens Geobacter Sulfurreducens gezüchtet wurden. Aber wie sich herausstellte, ist das Bakterium nicht notwendig.
„Nach der Entdeckung von Geobacter erkannten wir, dass die Fähigkeit, Strom aus der Luft zu erzeugen – was wir damals den ‚Luft-Gen-Effekt‘ nannten – sich als universell erweist: Im wahrsten Sinne des Wortes kann jedes Material Strom aus der Luft gewinnen, wenn es über bestimmte Eigenschaften verfügt Eigentum", erklärt Yao. Diese Eigenschaft besitzen Nanoporen, und ihre Größe hängt von der mittleren freien Weglänge der Wassermoleküle in feuchter Luft ab. Dies ist die Distanz, die ein Wassermolekül in der Luft zurücklegen kann, bevor es mit einem anderen Wassermolekül kollidiert.
Das Air-Gen-Gerät besteht aus einem dünnen Materialfilm wie Zellulose, Seidenprotein oder Graphenoxid. Wassermoleküle in der Luft können leicht in die Nanoporen eindringen und sich vom oberen Teil des Films zum unteren Teil bewegen, stoßen jedoch bei der Bewegung gegen die Seiten der Pore. Sie übertragen die Ladung des Materials und erzeugen dessen Aufbau. Wenn mehr Wassermoleküle oben in den Film eindringen, entsteht ein Ladungsungleichgewicht zwischen den beiden Seiten.
Dies führt zu einem ähnlichen Effekt wie bei Wolken, die Blitze erzeugen: Die aufsteigende Luft erzeugt mehr Kollisionen zwischen Wassertröpfchen an der Spitze der Wolke, was zu einem Überschuss an positiver Ladung in den höheren Wolken und einem Überschuss an negativer Ladung in der Wolke führt die unteren Wolken In diesem Fall könnte die Ladung möglicherweise umgeleitet werden, um kleinere Geräte mit Strom zu versorgen, oder in einer Art Batterie gespeichert werden.
Es befindet sich derzeit noch im Anfangsstadium. Die vom Team getestete Zellulosefolie hatte in der Umgebung eine spontane Spannungsabgabe von 260 Millivolt, während ein Mobiltelefon eine Ausgangsspannung von etwa 5 Volt benötigt. Da die Folien jedoch dünn sind, können sie auf die Größe von Air-Gen-Geräten gefaltet werden, um sie praktischer zu machen.
Und die Tatsache, dass sie aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden können, ermögliche es, die Geräte an die Umgebung anzupassen, in der sie eingesetzt werden, sagen die Forscher.
Der nächste Schritt besteht darin, die Geräte in verschiedenen Umgebungen zu testen und an der Skalierung zu arbeiten. Aber die Gesamtwirkung von Air-Gen ist real und die Möglichkeiten, die es bietet, sind hoffnungsvoll.
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