Die Kraft liegt in uns

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Strom kommt aus der Steckdose, von Großkraftwerken, vom Dach von der Photovoltaik-Anlage oder wird von Windparks irgendwo weit draussen erzeigt. Forscher des Fraunhofer Instituts entwickeln nun eine weitaus näher liegende Lösung Strom zu erzeugen. Sie wollen die körpereigene Energie des Menschen nutzen.


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Kraftwerk Mensch. Ob Energiegewinnung durch Handauflegen oder Stromgewinnung durch Fußschritte – auch Menschen können künftig mit jeder Bewegung Energie produzieren. Copyright: Leonardo Da Vinci

Peter Spies vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) erklärt seine Idee: „Die Grundidee ist die: Menschen verbrauchen nicht nur Energie, sie wandeln auch selber welche um. Und das können wir nutzen.“ Zum Beispiel die Körperwärme, die wir alle abstrahlen. Die normale Körpertemperatur beträgt rund 37 Grad, an der Hautoberfläche sind es immerhin noch 25 bis 30 Grad. Das ist in unseren Breitengraden recht häufig ein paar Grad wärmer als unsere Umgebung. Und genau aus diesem Temperaturunterschied können Peter Spies und seine Kollegen Strom gewinnen.

Energie durch Handauflegen

Technische Grundlage dafür sind so genannte thermoelektrische Generatoren, kurz TEG. Diese zweimal zwei Zentimeter großen und wenige Millimeter dicken Bauteile aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien nutzen eine Entdeckung, die der Arzt und Physiker Thomas Seebeck vor knapp 200 Jahren gemacht hat. Wenn in einem Thermogenerator ein Temperaturgefälle auftritt, wandern Elektronen von der warmen zur kalten Seite: Strom fließt.

Durch pures Handauflegen auf einen solchen TEG entstehen so Spannungen im Millivolt-Bereich. Peter Spies: „Von uns entwickelte Spannungswandler transformieren die aus Körperwärme gewonnene Energie in eine wesentlich höhere Ausgangsspannung.“ Damit lassen sich elektronische Kleingeräte wie Sensoren, Funk-Sendeempfänger und Displays mit Spannungen von 3,3 Volt ganz ohne lästige Verkabelung oder Batterien betreiben.

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Stromerzeugung wie in Matrix

Eine Vision wie aus dem legendären Science-Fiction-Film „Matrix“ wird damit Wirklichkeit: Dort lieferte die Körperwärme der Menschen Energie für die Maschinerie der Überwesen. Doch die tatsächlichen Anwendungsmöglichkeiten der kabellosen Stromerzeugung sind profaner und vor allem menschenfreundlicher. Mess- und Kontrollsensoren am Krankenbett und beim Sport können sich selbst versorgen. In der Haustechnik sind energieautarke Messfühler für Temperatur und Feuchtigkeit denkbar.

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Verblüffend: Ein Mensch durchschnittlicher Größe speichert in seinem Körperfett so viel Energie, wie eine tausend Kilogramm schwere Batterie. Diese Energie anzuzapfen ist für Forscher Herausforderung und Antrieb.

Ein Dynamo im Knie – Kompressor im Schuh

Ein weiteres Beispiel: Das große Temperaturgefälle an Bord von Flugzeugen reicht aus, um die Elektronik am Sitzplatz ohne Kabelsalat mit Strom zu versorgen. Weil hier ganz autark Energie geerntet wird, spricht man in der Fachwelt auch vom „Energy Harvesting“. Und ernten kann man da noch viel mehr. Peter Spies: „Auch aus der Bewegung des menschlichen Körpers sowie aus Vibrationen und Licht lässt sich Strom gewinnen.“

Mit einem Dynamo am Knie etwa wird Energie aus der Pendelbewegung beim Gehen oder Joggen gewonnen. Forschungen des US-Militärs arbeiten an dem Ansatz, in die Schuhe von Soldaten Mini-Kompressoren einzusetzen. Jeder Schritt dieser Stiefel soll Strom erzeugen, um elektronische Ausstattung direkt am Körper zu betreiben

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