Suchen

Erneuerbare Energie Neues Gerät erzeugt Strom aus Luft

| Redakteur: Lilli Bähr

Forscher haben ein Gerät entwickelt, mit dem Strom aus Luftfeuchtigkeit erzeugt werden kann. Es besteht aus elektrisch leitfähigen Protein-Nanodrähten, die von Bakterien produziert werden.

Firma zum Thema

Grafische Darstellung eines dünnen Films von Protein-Nanodrähten, die aus Luftfeuchtigkeit Strom erzeugen.
Grafische Darstellung eines dünnen Films von Protein-Nanodrähten, die aus Luftfeuchtigkeit Strom erzeugen.
(Bild: UMass Amherst/Yao and Lovley labs)

Wissenschaftler an der Universität von Massachusetts Amherst haben ein Gerät entwickelt, das ein bakterielles Protein verwendet, um Elektrizität aus Luftfeuchtigkeit zu erzeugen. Diese neue Technologie könnte ihrer Meinung nach erhebliche Auswirkungen auf die Zukunft der erneuerbaren Energien, den Klimawandel und die Zukunft der Medizin haben.

Elektrischer Strom aus natürlich vorhandenem Wasserdampf

Wie die Fachzeitschrift Nature berichtet, haben der Elektroingenieur Jun Yao und der Mikrobiologe Derek Lovley ein Gerät entwickelt, das sie „Air-gen“ nennen. Es besteht aus elektrisch leitfähigen Protein-Nanodrähten, die von der Mikrobe Geobacter sulfurreducens produziert werden. Das Gerät verbindet Elektroden mit den Protein-Nanodrähten, so dass aus dem in der Atmosphäre natürlich vorhandenen Wasserdampf elektrischer Strom erzeugt wird.

Umweltfreundlich, erneuerbar und kostengünstig

Die neue Technologie ist umweltfreundlich, erneuerbar und kostengünstig. Sie soll selbst in Gebieten mit extrem niedriger Luftfeuchtigkeit, wie der Wüste, Strom erzeugen können. Sie hat laut Wissenschaftler erhebliche Vorteile gegenüber anderen Formen erneuerbarer Energien wie Sonne und Wind, denn sie benötigt weder Sonnenlicht noch Wind, und soll auch in Innenräumen funktionieren.

Wie das Air-Gen-Gerät funktioniert

Das Air-Gen-Gerät benötigt nur einen dünnen Film von Protein-Nanodrähten mit einer Dicke von weniger als 10 µm, erklären die Forscher. Die Unterseite des Films liegt auf einer Elektrode, während eine kleinere Elektrode, die nur einen Teil des Nanodrahtfilms bedeckt, auf der Oberseite sitzt. Der Film adsorbiert Luftfeuchtigkeit aus der Atmosphäre. Eine Kombination aus der elektrischen Leitfähigkeit und der Oberflächenchemie der Protein-Nanodrähte, gekoppelt mit den feinen Poren zwischen den Nanodrähten innerhalb des Films, stellt die Bedingungen her, die einen elektrischen Strom zwischen den beiden Elektroden erzeugen.

Laut Forscher ist das Air-Gen-Gerät in der Lage eine anhaltende Spannung von etwa 0,5 V über eine 7 µm dicke Schicht und eine Stromstärke von ungefähr 17 µA pro cm2 zu erzeugen. Durch die Zusammenschaltung mehrerer Geräte kann die Spannung und die Stromstärke linear hochskaliert werden.

Das aktuelle Air-Gen-Gerät kann kleine Geräte mit Strom versorgen.
Das aktuelle Air-Gen-Gerät kann kleine Geräte mit Strom versorgen.
(Bild: UMass Amherst/Yao and Lovley labs)

Aktuelles Air-Gen-Gerät betreibt kleine elektronische Geräte

Die Forscher sagen, dass die aktuellen Air-Gen-Geräte in der Lage sind, kleine elektronische Geräte zu betreiben. Sie erwarten, dass die Erfindung bald in den kommerziellen Maßstab gebracht wird. Als nächste Schritte planen sie die Entwicklung eines kleinen Air-Gen-„Patches“. Dieser soll elektronische Geräte wie Gesundheits- und Fitnessmonitore und Smart Watches mit Strom versorgen können, wodurch die herkömmlichen Batterien überflüssig würden. Sie hoffen auch, dass die Technik für Mobiltelefone weiter entwickelt werden kann, um das periodische Aufladen zu ersetzen.

Neuer Bakterienstamm für die Massenproduktion

Um die praktischen biologischen Fähigkeiten von Geobacter weiter voranzutreiben, hat Lovleys Labor kürzlich einen neuen Bakterienstamm entwickelt, mit dem sich Proteinnanodrähte schneller und kostengünstiger in Massenproduktion herstellen lassen. „Wir haben E. coli in eine Fabrik für Protein-Nanodrähte verwandelt“, sagt er. „Mit diesem neuen skalierbaren Prozess wird die Versorgung mit Protein-Nanodrähten kein Engpass mehr für die Entwicklung dieser Anwendungen sein.“

Elektronische Geräte auf Proteinbasis

Lovley entdeckte die Geobacter-Mikrobe vor mehr als 30 Jahren. Sein Labor entdeckte später ihre Fähigkeit, elektrisch leitende Protein-Nanodrähte herzustellen.

Neben dem Air-Gen hat das Labor von Yao mehrere andere Anwendungen mit den Protein-Nanodrähten entwickelt. „Dies ist erst der Beginn einer neuen Ära von elektronischen Geräten auf Proteinbasis“, sagte Yao.

(ID:46372708)