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Mini-Kraftwerk gewinnt Windenergie bei schnellem Gehen oder Joggen

| Autor / Redakteur: Stefan Parsch, dpa / Sebastian Gerstl

Ein Mini-Kraftwerk erzeugt Windenergie beim schnellen Gehen oder Joggen. Chinesische Forscher haben einen Generator entwickelt, der aus flatternden Kunststoffstreifen Elektrizität gewinnt.

Diese Abbildung zeigt einen triboelektrischen Nanogenerator, der von Forschern in China entwickelt wurde und Elektrizität aus den windgeblasenen, flatternden Kunststoffstreifen gewinnt. Das Design ermöglicht es nach Angaben der Forscher, Windenergie auch aus geringsten Windgeschwindigkeiten zu gewinnen.
Diese Abbildung zeigt einen triboelektrischen Nanogenerator, der von Forschern in China entwickelt wurde und Elektrizität aus den windgeblasenen, flatternden Kunststoffstreifen gewinnt. Das Design ermöglicht es nach Angaben der Forscher, Windenergie auch aus geringsten Windgeschwindigkeiten zu gewinnen.
(Bild: Xin Chen, Xiaojing Mu und Ya Yang)

Windenergie gewinnen bei Geschwindigkeiten, die einem flotten Spaziergang entsprechen – das ermöglicht eine Erfindung chinesischer Wissenschaftler. Der elektrische Strom wird durch Reibung von zwei Kunststoffstreifen erzeugt, die im Luftstrom immer wieder aneinanderschlagen. Das Gerät ist dabei wesentlich effizienter als ähnliche, früher präsentierte Vorrichtungen. Eine Gruppe um Ya Yang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking stellt den Mini-Generator im Fachjournal Cell Reports Physical Science vor.

Energiegewinn bereits ab Geschwindigkeiten von 5,8 km/h

Windräder können erst ab einer Windgeschwindigkeit von etwa 14 Kilometern pro Stunde Strom erzeugen. Das von den Forschern entwickelte, röhrenförmige Gerät namens B-Teng, das etwa so groß ist wie eine Packung Papiertaschentücher, schafft dies bereits ab einer Geschwindigkeit von 5,8 Kilometern pro Stunde. „Wir haben unseren Nanogenerator einmal am Arm einer Person befestigt und der Luftstrom eines schwingenden Arms reichte aus, um Strom zu erzeugen“, wird Yang in einer Mitteilung des Fachjournals zitiert.

Die Forscher nutzen dabei den sogenannten Bernoulli-Effekt: Luft, die durch einen Engpass strömt, wird beschleunigt und besitzt einen geringeren Druck als Luft in der Umgebung. Bei B-Teng hat dies den Effekt, dass die beiden Kunststoffstreifen bei zwischen ihnen strömender Luft zueinander hingezogen werden. Das verändert die Druckverhältnisse und die Streifen lösen sich wieder voneinander. Es ist ähnlich wie bei Fahnen, die im Wind flattern. Das größte Potenzial haben die Streifen, wenn sie sich nicht im gleichen Rhythmus bewegen, sondern gegenläufig: Dann schlagen sie gegeneinander und reiben sich aneinander.

Die Kontaktfläche des einen Kunststoffstreifens besteht aus Polyvinyliden-Fluorid (PVDF), das ähnliche elektrische Eigenschaften wie Eisen hat. Beim Reiben an der Kontaktfläche des anderen Streifens aus Fluorethylen-Propylen (FEP) entsteht Spannung, die zu einem elektrischen Strom führt, der durch Silberelektroden in den Streifen abgeführt wird.

Der so erzeugte elektrische Strom reicht aus, um 100 kleine LED-Lampen zum Leuchten zu bringen. Auch entwickelten die Forscher einen Temperatursensor sowie einen Luftdruckmesser, der seine Messdaten per Bluetooth übermitteln kann – allein mit Hilfe der Energie, die er aus dem Luftstrom gewinnt.

Geringer, aber doch erkennbarer Wirkungsgrad

Bisher beschriebene Geräte zur Windenergiegewinnung durch Reibungselektrizität seien über einen Wirkungsgrad von 0,5 Prozent nicht hinausgekommen, berichten Yang und Kollegen. B-Teng hingegen könne bei einer Windgeschwindigkeit von 21,6 Kilometern pro Stunde bis zu 3,23 Prozent der Windenergie in elektrische Energie überführen. Die verwendeten Materialien seien zudem sehr viel kostengünstiger als die Spulen und Magnete in Windkraftanlagen.

„Unser Gerät kann auch sicher in Naturschutzgebieten oder Städten eingesetzt werden, da es keine rotierenden Strukturen aufweist“, sagt Yang. Seine Überlegungen für Weiterentwicklungen gehen nun in zwei Richtungen: Zum einen möchte er B-Teng so klein wie eine Münze und noch energieeffizienter machen. Zum anderen möchte er das Gerät stark vergrößern und eine Leistung von 1000 Watt erreichen.

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