Wissenschaftler entwickeln Stromgeneratoren, die Bäume nachahmen

Die Blätter des biomimetischen Baumes, die den Blättern von Pappeln nachempfunden sind, beruhen auf piezoelektrischen Prozessen, um Elektrizität zu erzeugen. Bildnachweis: Christopher Gannon

Geld wächst nicht auf Bäumen, aber Strom könnte eines Tages vielleicht.

Wissenschaftler der Iowa State University haben ein Gerät gebaut, das die Äste und Blätter einer Pappel nachahmt und Strom erzeugt, wenn sich seine künstlichen Blätter im Wind wiegen.

Michael McCloskey, außerordentlicher Professor für Genetik, Entwicklung und Zellbiologie, der das Design des Geräts leitete, sagte, das Konzept werde Windturbinen nicht ersetzen, aber die Technologie könnte einen Nischenmarkt für kleine und optisch unauffällige Maschinen hervorbringen, die Wind in Strom umwandeln .

„Die möglichen Vorteile hier sind die Ästhetik und der kleinere Maßstab, der eine netzunabhängige Energiegewinnung ermöglichen könnte“, sagte McCloskey kürzlich in seinem ISU-Labor. “Wir wollten die Frage beantworten, ob man aus etwas, das wie eine Pflanze aussieht, sinnvolle Mengen an elektrischer Energie gewinnen kann. Die Antwort ist ‘möglich’, aber die Idee muss noch weiterentwickelt werden.”

McCloskey sagte, dass Handytürme an einigen städtischen Orten wie Las Vegas als Bäume getarnt wurden, komplett mit Blättern, die nur dazu dienen, die Ästhetik des Turms zu verbessern. Das Abzapfen von Energie aus diesen Blättern würde ihre Funktionalität erhöhen, sagte er.

In einem diesen Monat in der von Experten begutachteten Fachzeitschrift veröffentlichten Artikel PLUS EINS, befasst sich das ISU-Forschungsteam mit der Welt der Bionik oder der künstlichen Nachahmung natürlicher Prozesse. Das Konzept hat neue Wege inspiriert, sich so unterschiedlichen Bereichen wie Informatik, Fertigung und Nanotechnologie zu nähern.

Es ist unwahrscheinlich, dass viele Leute den Prototyp in McCloskeys Labor für einen echten Baum halten würden. Das Gerät verfügt über ein Metallgitter, an dem ein Dutzend Plastikklappen in Form von Pappelblättern hängen.

Curtis Mosher, Associate Scientist am Iowa State und Co-Autor des Papiers, sagte, es sei kein so großer Sprung von dem Prototyp, den die Forscher gebaut haben, zu einem viel überzeugenderen künstlichen Baum mit Zehntausenden von Blättern, von denen jeder Strom produziert Windkraft.

“Es ist definitiv machbar, aber der Trick besteht darin, es zu erreichen, ohne die Effizienz zu beeinträchtigen”, sagte Mosher. “Mehr Arbeit ist notwendig, aber es gibt Wege.”

Kleine Streifen aus Spezialkunststoff im Inneren der Blattstiele setzen beim Biegen durch Luftbewegung eine elektrische Ladung frei. Solche Prozesse werden als piezoelektrische Effekte bezeichnet. Cottonwood-Blätter wurden modelliert, weil ihre abgeflachten Blattstiele die Blätter dazu zwingen, in einem regelmäßigen Muster zu schwingen, das die Energieerzeugung durch flexible piezoelektrische Streifen optimiert.

Eric Henderson, Professor für Genetik, Entwicklung und Zellbiologie, der auch im Forschungsteam arbeitet, stellt sich eine Zukunft vor, in der biomimetische Bäume helfen, Haushaltsgeräte anzutreiben.

Eine solche biomimetische Technologie könnte ein Markt für diejenigen werden, die die Möglichkeit haben wollen, begrenzte Mengen an Windenergie zu erzeugen, ohne große und hinderliche Türme oder Turbinen zu benötigen, sagte Henderson.

McCloskey sagte jedoch, dass die Verwirklichung dieser Vision bedeutet, einen alternativen Weg der mechanisch-elektrischen Umwandlung zu finden oder ein Schema zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare Elektrizität. Das für die ISU-Experimente verwendete Piezo-Verfahren erreichte nicht die Effizienz, die die Technologie benötigt, um auf dem Markt zu bestehen.

Piezoelektrizität war ein naheliegender Ausgangspunkt, da die Materialien weit verbreitet sind, sagte Henderson. Der nächste Schritt erfordert jedoch einen neuen Ansatz.

Andere Transduktionsmethoden wie die Triboelektrizität oder die Erzeugung von Ladung durch Reibung zwischen unterschiedlichen Materialien arbeiten mit ähnlicher Effizienz und können autonome Sensoren antreiben. McCloskey sagte jedoch, dass es viel mehr Effizienz und weitere Forschungen bedarf, um ein praktisches Gerät herzustellen.


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