(Gabriele Diwald/Unsplash) Die Nutzung des Wasserkreislaufs und die Stromerzeugung aus Regentagen könnten eine Möglichkeit sein, unseren Einsatz erneuerbarer Energien zu steigern.
Bisher ist es den Wissenschaftlern nicht gelungen, Wassertröpfchen dazu zu bringen, nennenswerte Energiemengen zu erzeugen – aber vielleicht gelingt uns endlich ein Durchbruch.
Von Regenschirmen, die gleichzeitig als Generatoren fungieren, sind wir zwar noch weit entfernt, aber der neueste Ansatz zeigt, dass es möglicherweise eine Möglichkeit gibt, Strom aus Regenschauern mit einem Wirkungsgrad zu gewinnen, der diese Systeme praktisch macht.
Neue Forschungen haben eine Methode gefunden, mit der aus einem einzigen Regentropfen genug Strom erzeugt werden kann, um 100 LED-Lampen zum Leuchten zu bringen. Das ist ein großer Effizienzsprung in der Größenordnung von mehreren Tausendfachen.
„Unsere Forschung zeigt, dass ein Tropfen von 100 Mikrolitern Wasser, der aus einer Höhe von 15 Zentimetern [5,9 Zoll] freigesetzt wird, eine Spannung von über 140 V erzeugen kann und der erzeugte Strom 100 kleine LED-Lichter zum Leuchten bringen kann.“ sagt der biomedizinische Ingenieur Wang Zuankai von der City University of Hong Kong (CityU).
Das hört sich nach überraschend viel Spannung an, aber die Ingenieure haben einige geniale Tricks angewendet, um dies zu erreichen.
Wissenschaftler waren Ich schaue mir das an Diese Art der Stromerzeugung wird seit Jahren genutzt, aber die physikalische Umwandlung der Energie von Regentropfen in Elektrizität ist viel schwieriger als die Gewinnung der Energie aus einer steigenden Flut oder einem fließenden Bach.
Eine der Verbesserungen, die das Team in seinen tröpfchenbasierten Stromgenerator (DEG) einbaute, war die Verwendung eines Polytetrafluorethylen oder PTFE-Folie, die bei ständigem Auftreffen von Wassertropfen eine Oberflächenladung aufbauen kann, bis sie allmählich die Sättigung erreicht.
Das Team fand heraus, dass Wassertropfen, wenn sie auf die Oberfläche treffen und sich ausbreiten, als „Brücke“ fungieren, die zwei Elektroden verbindet: eine Aluminiumelektrode und eine Indiumzinnoxid (ITO)-Elektrode (mit dem PTFE oben).
(Wanghuai et al., Nature, 2020)
Die Tröpfchenbrücke wiederum erzeugt eine geschlossene Oberfläche, so dass die gesamte gesammelte Energie abgegeben werden kann – Tröpfchen wirken als Widerstände und die Oberflächenbeschichtung fungiert als Kondensator.
Dieser Ansatz könnte schließlich überall dort angewendet werden, wo Wasser auf eine feste Oberfläche trifft, sagen die Forscher – am Rumpf eines Bootes, im Inneren einer Wasserflasche oder an der Oberseite eines Regenschirms.
„Die Bedeutung dieser Technologie liegt in der deutlich höheren elektrischen Leistung pro fallendem Regentropfen, wodurch das Gerät die Energie eines fallenden Tropfens viel effizienter in Elektrizität umwandelt“, sagte der Chemiker Xiao Cheng Zeng von der University of Nebraska-Lincoln zu Sarah Wells bei Vize .
Es gibt jedoch noch viel zu tun, um dies für den praktischen Einsatz vorzubereiten, und die Forscher hoffen, in den nächsten fünf Jahren einen Prototypen fertig zu haben.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Natur .