Erneuerbare Energien

Piezoelektrik: Hightech-Schuh lädt elektrische Geräte beim Gehen

Hightech-Schuh lädt elektronische Geräte beim Gehen / Ferse größte Kraftressource im Fuß / 400 Milliwatt Strom zum Laden von mobile devices

An der Rice University in Texas wurde ein erster Prototyp eines Schuhs entwickelt, der beim Gehen ausreichend Strom zum Laden eines Smartphones oder ähnlichem erzeugt. Die Vorrichtung namens PediPower produziert bei jedem Schritt Strom, speichert ihn und leitet ihn in der Folge in den Akku der angeschlossenen Geräte. Zwar ist der Prototyp derzeit noch zu sperrig und zu groß zum angenehmen Tragen, er wird allerdings gegenwärtig weiter optimiert und weist schon einmal in die zukünftige Richtung. Das Endprodukt soll dann im Gegensatz zu dem im Film gezeigten Prototypen als Stromgenerator unkenntlich in die Ferse des Schus integriert sein. Der Vorteil liegt auf der Hand: Die kinetische Energie ist immer vorhanden und ermöglicht damit das Aufladen elektronischer Ausrüstungsgegenstände, medizinischer Geräte oder auch mobiler Kommunikationsgeräte, umweltfreundlich und unabhängig von der elektrischen Infrastruktur.

Piezoelektrische Viren erzeugen bei mechanischem Druck Strom

Piezoelektrizität beschreibt das Zusammenspiel von mechanischem Druck und elektrischer Spannung in Festkörpern. Wenn ein entsprechendes Material nun durch eine gerichtete Verformung polarisiert wird, fällt an seiner Oberfläche in Richtung der Verformung eine elektrische Spannung an. Die meisten der derzeit verwendeten piezoelektrischen Materialien dieser noch recht jungen Stoffklasse sind allerdings giftig.

Im Mai 2012 hatten Forscher des Lawrence Berkeley National Laboratory des US-Energieministeriums einen bedeutenden Fortschritt gemeldet: Sie haben für den Menschen unbedenkliche Bakteriophagen des Typs M13, deren Wirt E. coli-Bakterien sind, genetisch so verändert, dass sie auf mechanischen Druck hin Strom erzeugt. Damit ist es erstmals gelungen, piezoelektrischen Eigenschaften in einem biologischen Material zu erzeugen.

Um die piezoleketrischen Eigenschaften der Viren zu steigern, wurden mittels Gentechnik am negativen Dipol-Ende der Mantel-Proteine vier negativ geladene Aminosäuren hinzugefügt, was die elektrische Spannung der Viren deutlich erhöht. Die stärkste piezoelektrische Wirkung wurde beobachtetet, wenn 20 Schichten von Viren mit jeweils vier zusätzlichen negativen Aminosäuren übereinander gelegt wurden. Dieser Test-Geneartor in der Größenordnung von einem Quadratzentimeter wurde dann zwischen zwei vergoldete Elektroden geschichtet und erzeugte eine elektrische Spannung, die einem Viertel der Ladung einer 1,5-Volt-Batterie entsprach. Die Stromerzeugung kann dabei einfach erhöht werden, indem mehrere Generatoren gleichzeitig verwendet werden. Die verwendeten Bakteriophagen lassen sich dabei sehr schnell in Bakterien replizieren und genetisch leicht verändern.

Anwendungsmöglichkeiten im Alltag

Die Entwicklungen haben noch nicht die Marktreife erreicht. Allerdings sind bereits diverse Anwendungsmöglichkeiten in der Planung, um dezentral aus der kinetischen Energie des Menschen Strom zu erzeugen: Beispielsweise als Einlage in Schuhen, beim Öffnen und Schließen von Türen, auf Treppenstufen oder auch beim Tippen auf der Tastatur eines Computers. Als große Herausforderung der nun laufenden Forschungsarbeit zählt unter anderem, dass das Ergebnis (noch) nicht mit der klassischen Theorie der Piezoelektrizität kompartibel ist, die auf der Grundlage völlig anders gearteter kristalliner Strukturen gebildet wurde.

(mb)

Marc Brümmer

Ein Kommentar zu “Piezoelektrik: Hightech-Schuh lädt elektrische Geräte beim Gehen

  1. Mich würde interessieren wie lange die Bakteriophagen/Viren „Leben“ und ob sie nach ihrem Tod trotzdem noch Strom erzeugen können. Da sollten sie nur einen Monat Leben das ganze zwar nen tollen Hintergrund hat aber weder ökologisch noch ökonomisch sinnvoll sein kann.
    MfG
    Marvin

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