Verdunstungsenergie: US-Forscher nutzen Naturphänomen zur Energiegewinnung

Verdunstungsenergie: US-Forscher nutzen Naturphänomen zur Energiegewinnung

von Tobias Finger

Verdunstungsenergie entsteht überall - und könnte eine neue Stromquelle sein.

Ist Verdunstungsenergie die Erneuerbare der Zukunft? Bisher kann sie zwar nur im kleinen Rahmen nutzbar gemacht werden, Forscher zeigen sich allerdings hoffnungsvoll. Der große Vorteil: Verdunstung ist ein allgegenwärtiges, natürliches Phänomen. 70 Prozent der Erdoberfläche sind von Wasser bedeckt. Fast überall findet Verdunstung statt.

Genau wie beim Schwitzen, bei dem verdunstender Schweiß den Körper kühlt, wird bei jeder Verdunstung Energie freigesetzt. So wie bestimmte Bakterien die Verdunstungsenergie über Wasseroberflächen für sich nutzbar machen, wollen US-Wissenschaftler diese Prozesse zur Energiegewinnung nutzen.

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An der New Yorker Columbia University hat ein Team aus unterschiedlichsten Fachrichtungen um den Biologen Dr. Ozgur Sahin Motoren entwickelt, die aus dem verdunstenden Wasser Energie gewinnen.

Heubazillen zur EnergiegewinnungSie funktionieren allerdings nicht wie die allseits bekannte Dampfmaschine. Stattdessen „starten und laufen diese Motoren autonom, wenn sie an Grenzflächen zwischen Wasser und Luft platziert werden“, schreiben die Forscher im Fachmagazin „Nature Communications“.

Damit die Motoren laufen, braucht es Sporen des Bacillus subtilis, auch bekannt unter dem Namen „Heubazillus“. Je nach Luftfeuchtigkeit nehmen diese Wasser auf oder geben es entsprechend wieder ab.

Nehmen die Sporen Wasser auf, dehnen sie sich aus. Geben sie es anschließend wieder ab, ziehen sie sich dementsprechend zusammen – ein Vorgang, der nicht viel Zeit braucht.

Die HYDRAs sind künstliche MuskelnUm die Veränderungen in der Sporen-Ausdehnung nutzbar zu machen, trugen die Wissenschaftler sie auf beide Seiten einer dünnen Kunststofffolie auf. Wenn die Sporen trocken sind, ist die Folie zusammengezogen und deshalb gewellt. Nehmen sie Wasser auf, glättet sie sich – ähnlich wie ein kontraktierender Muskel.

Der ständige Formwechsel kann durch einen Generator in Energie umgewandelt werden. Seine künstlichen Muskeln hat das Team auf den Namen HYDRAs (hygroscopic-driven artificial muscles) getauft.

https://www.youtube.com/watch?v=x5j9VEye1OY

Damit merklich Energie produziert wird, brauchen die Muskeln allerdings eine Umgebung, in der sie ständig Wasser aufnehmen und wieder abgeben – die Luftfeuchtigkeit muss also stark schwanken.

Verdunstung treibt LEDs und Spielzeugautos anIn ersten Versuchen benutzten die Wissenschaftler einen Kasten mit den Sporenfolien, der über einem Wasserbad platziert wird. Durch eine mechanische Verbindung öffnen oder schließen sich je nach Ausdehnung der Sporen im oberen Teil des Kastens Klappen, die die Luftfeuchtigkeit im Inneren regulieren. Ein Kreislauf von Ausdehnung und Kontraktion entsteht.

In den ersten Modellversuchen konnten Sahin und sein Team damit genug Energie gewinnen, um LED-Leuchtmittel oder einfache Sensoren anzutreiben.

Eine weitere Möglichkeit für stark schwankende Luftfeuchtigkeit in der Umgebung der HYDRAs ist die sogenannte Moisture Mill, die Feuchtigkeitsmühle. An den Spitzen der Schaufeln eines Miniaturwasserrads werden die künstlichen Muskeln befestigt und wie bei einer klassischen Mühle befindet sich eine Hälfte des Rads im Wasser, während die andere an der Luft ist.

Durch den Unterschied in der Ausdehnung der Sporen dreht sich das Rad und die Sporen wechseln von feucht zu trocken und wieder zurück. Diese Art der Nutzbarmachung reichte aus, um ein Spielzeugauto mit der Verdunstungsenergie anzutreiben.

Verbesserte Sporen-Motoren besser als Windparks?Die Beispiele zeigen, dass die Energie durch die Vaporisation noch keine Berge versetzen kann; LEDs und Spielzeugautos zeugen noch nicht von den allergrößten Energiemengen.

Den Entwicklern an der Columbia University ging es aber auch mehr darum, zu zeigen, dass es überhaupt möglich ist mit dieser Technologie Energie zu gewinnen und eine mögliche weitere erneuerbare Energiequelle aufzuzeigen.

Der erste Schritt für eine weitere Ausbreitung der Verdunstungsenergie ist jetzt also gelegt. Xi Chen, ebenfalls Mitglied im Team von Dr. Sahin, vermutet, dass ein größeres und verbessertes Modell der Sporen-Motoren bei gleichem Flächenbedarf mehr Energie erzeugen kann, als ein Windpark.

Verdunstungs-Auto bräuchte weder Benzin noch BatterieSahin träumt sogar schon von einem Auto, dass nur mit Verdunstungsenergie angetrieben wird. Die Vision geht sogar so weit, dass das Fahrzeug weder Benzin noch Batterie benötigen würde.

Ebenfalls könnte eine Feuchtigkeitsmühle, die über dem Meer steht und Salzwasser zur Verdunstung nutzt, ähnlich viel Strom erzeugen wie eine Off-Shore Windturbine. Der große Vorteil: Verdunstung macht im Gegensatz zu Wind keine Pause – sie läuft 365 Tage im Jahr, 24 Stunden pro Tag ab. Das Verdunstungskraftwerk kann also kontinuierlich Energie generieren, statt abhängig von den Windverhältnissen zu schwanken.

„Verdunstung ist eine Naturkraft, die überall und stärker als Wind oder Wellen ist“, sagt Sahin. Ob sie für die Energiegewinnung nutzbar gemacht wird, hängt jetzt vor allem von seinem Team ab, das Biologie, Mechanik und andere Fachrichtungen komplett neu denkt.

Dieses Video stellt die Erfindung der Wissenschaftler vor:

https://www.youtube.com/watch?v=Vj2kuZm-aCA

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