Energie Blog | 08. Februar 2010 | von Tom Uhlig | 4 Kommentare

Energie-Frage der Woche: Wie wird ein T-Shirt zum Kraftwerk?

Wenn sich die Batterie von Handy, Laptop oder MP3-Player leert, beginnt unterwegs die verzweifelte Suche nach einer Steckdose. Mehr Unabhängigkeit könnte in Zukunft eine Stromquelle bieten, die jeder immer mit sich tragen kann: das eigene Hemd. Zugegeben, seine Elektronik mit einem Stück Stoff aufzuladen, klingt wie ein Märchen. Doch ist das T-Shirt als Kraftwerk wirklich nur eine abwegige Vision?

Für die Forschergruppe um Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology in Atlanta liegt in speziellen Stromfasern tatsächlich eine zukünftige Quelle mobilen Stroms. Nach jahrelanger Forschung schafften sie es sogar vor gut einem Jahr, einen stabilen Prototyp einer Stromfaser herzustellen und präsentierten ihre Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Nature Nanotechnology". Allein mit Biegebewegungen konnten sie mit einem dünnen Faden aus Zinkoxid Strom erzeugen. Mit einer Effizienz von knapp sieben Prozent wandelten die Fasern mechanische in elektrische Energie um.

Strom aus sich biegenden Nanoborsten

Möglich wird dieses Kunststück über den Piezoeffekt. Das ist die Eigenschaft von Materialien, aus mechanischen Bewegungen direkt elektrische Spannungen zu erzeugen. Elektronische Feuerzeuge erzeugen den Zündfunken beispielsweise mit einem solchen Piezomodul und hochsensible Drucksensoren messen eine mechanische Belastung über die dadurch erzeugte Spannung. Für die Piezofaser zur Stromerzeugung deponierten die US-Forscher nun eine nur vier millionstel Meter dicke und ein fünftel Millimeter lange Faser mit oder ohne zahlreiche Borsten aus Zinkoxid in eine flexible Folie aus dem Kunststoff Polyimid. Wird dieses Modul gebogen, streckt sich die Zinkoxid-Faser um ein Zehntel Prozent oder die Borsten reiben aneinander. Dabei fließt ein Strom von bis zu acht Pikoampere bei 50 Millivolt Spannung.

Mittlerweile konnten die Forscher das eigentlich spröde Material Zinkoxid so gut in den Kunststoff verkapseln, dass die Stromfaser nicht direkt zerbröselt. Nach ihren ersten Versuchen mit einzelnen Piezo-Fasern schätzen die Forscher, dass ein ein Quadratmeter großes Stoffstück mit eingewobenen Strom-Fäden etwa 80 Milliwatt Leistung liefern könnte. Für den Standby-Betrieb eines Handys könnte das schon ausreichen.

Mobiles Kraftwerk für medizinische Sensoren

Und Wang kann sich schon heute zahlreiche Anwendungen seiner kleinen Kraftwerke vorstellen. "Sich selbst mit Strom versorgende Nanotechnologie könnte die Basis für einen neuen Industriezweig sein", sagt er. Mit implantierten Zinkoxid-Fasern könnten über Muskelbewegungen medizinische Sensoren betrieben werden. Er denkt aber auch an größere Module, die in Schuhsohlen oder in Textilien integriert werden könnten, um unterwegs durch normale Gehbewegungen die Akkus mobiler Elektronik stetig aufzuladen. Und viele seiner Kollegen nehmen Wangs Ideen durchaus ernst.

Zum Nachlesen:
"Power generation with laterally packaged piezoelectric fine wires", Rusen Yang et al.; Nature Nanotechnology, doi:10.1038/nnano.2008.314

Weitere Informationen:
Arbeitsgruppe Z.L. Wang

Die DLR-Energiefrage der Woche im Wissenschaftsjahr "Die Zukunft der Energie"

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat das Wissenschaftsjahr 2010 unter das Motto "Die Zukunft der Energie" gestellt. Aus diesem Anlass beantwortet der Wissenschaftsjournalist Jan Oliver Löfken in diesem Jahr jede Woche eine Frage zum Thema Energie in diesem Blog. Haben Sie Fragen, wie unsere Energieversorgung in Zukunft aussehen könnte? Oder wollen Sie wissen, wie beispielsweise ein Wellenkraftwerk funktioniert und wie effizient damit Strom erzeugt werden kann? Dann schicken Sie uns Ihre Fragen per E-Mail. Wissenschaftsjournalist Jan Oliver Löfken recherchiert die Antworten und veröffentlicht sie jede Woche in diesem Blog.

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Über den Autor

Der Energiejournalist Jan Oliver Löfken schreibt unter anderem für Technologie Review, Wissenschaft aktuell, Tagesspiegel, Berliner Zeitung und das P.M. Magazin. Derzeit diskutiert er im DLR-Energieblog aktuelle Themen rund um die Energiewende. zur Autorenseite

Kommentare

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Peteravia
08. Februar 2010 um 14:10 Uhr

Welchen Beitrag hat das DLR dazu geleistet?

Dorothee Bürkle DLR Kommunikation
09. Februar 2010 um 13:21 Uhr

Sehr geehrter Peteravia, auf diesem Gebiet forschen die Wissenschaftler des DLR nicht. Die Beiträge des DLR - so sieht es die Strategie in der DLR-Energieforschung vor - können nicht alle technischen Optionen abdecken. Die Strategie ist insofern selektiv und kooperativ. In unserem EnergieBlog beantworten wir einmal die Woche eine allgemeine Frage zum Thema "Energie" und "Zukunft der Energieversorgung". Dabei stellen wir natürlich auch die Forschungsgebiete der DLR-Forscher vor, aber auch vielversprechende und spannende andere Projekte. Mit freundlichen Grüßen Dorothee Bürkle

Kunibert Schubert
10. Februar 2010 um 18:47 Uhr

Deckt das DLR solche Forschungsbereiche, die in der Zukunft Relevanz erlangen können, nicht ab ?
Meiner Ansicht nach müßte insbesondere das DLR völlig unkonventionelle Wege gehen.

Stephan Saupe, DLR Programmdirektion Energie schrieb:
12. Februar 2010 um 13:52 Uhr

In der Energieforschung sind an sehr vielen Stellen extrem spannende und aussichtsreiche Themen zu bearbeiten. Ein einzelnes Institut oder eine einzelne Forschungseinrichtung kann diese unmöglich alle abdecken, denn man benötigt eine „kritische Masse“ an Fachleuten, um gute Ergebnisse erzielen zu können. In wissenschaftlicher Arbeitsteilung bearbeitet daher jede Einrichtung Themen, die zu ihren fachlichen Kompetenzen passen. (Natürlich werden auch neue Themen aufgegriffen, wenn sie passen.) Das DLR bearbeitet derzeit die Themenfelder Gasturbinen, Solarthermische Kraftwerke, Energiespeicher, Brennstoffzellen und Systemanalyse. Bei diesen Themen können wir die Fähigkeiten und Möglichkeiten des DLR als Großforschungseinrichtung sehr gut anwenden. Entsprechend haben wir uns jeweils Spitzenpositionen erarbeitet, was sich u.a. in einem sehr hohen Anteil an Drittmitteln zeigt. Die Arbeiten erstrecken sich von explorativen Ansätzen (wie solare Wasserstofferzeugung, Hybridkraftwerke oder keramische Brennkammern) bis hin zu anwendungsnahen Techniken. Unkonventionelle Wege ging das DLR in der Energieforschung z.B. in den 1990ern indem es solarthermische Kraftwerke optimierte und ihr Potential ausgelotete, als diese Technik noch wenig Beachtung fand.