Verdunstungsenergie: Die Erneuerbare der Zukunft?

Mit künstlichen Muskeln (HYDRAs) kann Energie nur durch Verdunstung von Wasser erzeugt werden.
Mit künstlichen Muskeln (HYDRAs) kann Energie nur durch Verdunstung von Wasser erzeugt werden.

Bald könnte eine Erneuerbare Energie genutzt werden, mit der so wahrscheinlich niemand gerechnet hat: US-Forscher haben ein System entwickelt, das aus verdunstendem Wasser Energie erzeugen kann. Zwar gelang dies bisher nur im kleinem Stil, dennoch sind die Erfinder zuversichtlich, mit dem von ihnen erfundenen „Verdunstungsmotor“ künftig einen großen Beitrag für eine saubere und nachhaltige Energieversorgung leisten zu können. Damit könnte sogar mehr Strom erzeugt werden, als mit einem Windkraftwerk, so die Vermutung der Wissenschaftler. Doch auch in anderen Bereichen könnte die neue Technologie von großem Nutzen sein.

Die Verdunstung ist ein allgegenwärtiges Phänomen in der Natur – und bei uns Menschen. Auch unsere körpereigene Temperaturregulierung funktioniert nach diesem Prinzip. Wenn es sehr warm ist, fangen wir an zu schwitzen, das Wasser auf unserer Haut verdunstet und kühlt uns so ab. Diesen Vorgang nennt man auch Verdunstungskühlung – ein Prozess, bei dem Energie freigesetzt wird. Verdunstungsprozesse laufen in der Natur vor allem über Wasserflächen ab und einige Organismen, wie beispielsweise Bakterien, nutzen sie zur Energiegewinnung.

Dieses Prinzip haben sich jetzt US-Forscher zum Vorbild genommen, und eine neue erneuerbare Energieform entwickelt, die künftig vielleicht eine Ergänzung zu den bisher bekannten Erneuerbaren Energien werden könnte: Die Wissenschaftler und Bioingenieure um den Biologen Dr. Ozgur Sahin von der New Yorker Columbia University haben Motoren gebaut, die aus verdunstendem Wasser Energie gewinnen können. Doch wer jetzt an die altbekannten Dampfmaschinen denkt, ist auf der falschen Fährte. „Diese Motoren starten und laufen autonom, wenn sie an Grenzflächen zwischen Wasser und Luft platziert werden“, schreiben die Entwickler in der Fachzeitschrift „Nature Communications“.

Für ihre Motoren nutzen die Forscher Sporen des Bakteriums Bacillus subtilis, auch bekannt als Heubazillus. Diese Sporen nehmen je nach Luftfeuchtigkeit Wasser auf oder geben es an die Umgebung ab. Im Zuge dessen quellen sie entweder stark auf oder ziehen sich zusammen – und das in relativ kurzer Zeit. Diese Eigenschaft machten sich die Forscher zunutze und konstruierten eine Art künstlicher Muskel mit den Bakteriensporen. Diese Muskeln nennen sie HYDRAs (hygroscopy-driven artificial muscles) Dazu trugen sie eine Sporenschicht beidseitig auf eine dünne Kunststofffolie auf. Wenn die Sporen trocken sind, schrumpfen sie und die Folie wellt sich. Bei hoher Luftfeuchtigkeit nehmen die Sporen dagegen Wasser auf und die Folie glättet sich. Dieser ständige Wechsel zwischen glatter und welliger Form kann beispielsweise durch einen Generator in elektrische Energie umgewandelt werden.

Hier die Funktionweise der HYDRAs:

Dazu musste jedoch zunächst ein System entwickelt werden, dass die Grundvoraussetzungen für eine derart stark schwankende Luftfeuchtigkeit schafft. Bei ihren ersten Modell wird dazu ein Kasten, in dem sich die Sporen befinden, über einer Wasseroberfläche platziert. Diese Modell nennen sie „Floating evaporation engine“ (schwimmender Verdunstungsmotor) An der Oberseite des Kastens befinden sich Klappen, die sich abhängig vom Zustand der Sporen (ausgedehnt oder zusammengezogen) öffnen oder schließen. Bei geschlossenen Klappen steigt die Luftfeuchtigkeit im Inneren des Kastens. Die Sporen nehmen das Wasser aus der Umgebungsluft auf und sorgen über eine mechanische Verbindung dafür, dass die Klappen geöffnet werden. So kann die wassergesättigte Luft entweichen, die Feuchtigkeit sinkt und die künstlichen Muskeln schließen die Klappen – der Kreislauf beginnt von vorne. So konnte im kleinen Modell bereits genug Strom erzeugt werden, um LED- Leuchtmittel oder Sensoren mit Energie zu versorgen. „Als wir Wasser unter dem Gerät platzierten, erwachte es plötzlich zum Leben und bewegte sich selbstständig“, erzählt Xi Chen, ebenfalls Mitglied im Forscherteam.

Das zweite System, das die Forscher entwickelten, ist die sogenannte Moisture Mill (Feuchtigkeitsmühle). Bei ihr sind die HYDRAs in Form von Schaufeln an einem Wasserrad befestigt. Die Hälfte des Rads befindet sich in trockener Luft und die andere in feuchter. Das sorgt wie im anderen Modell für die „Muskelkontraktion“ infolgedessen sich das Rad dreht. Mit diesem Motor konnten Sahin und Kollegen ein Spielzeugauto nur durch die Verdunstungsenergie antreiben.

Zwar klingt die Stromversorgung eines Leuchtmittels oder der Antrieb eines Spielzeugautos noch nicht sonderlich beeindruckend, doch den Entwicklern ging es zunächst einmal auch nur darum, zu beweisen, dass das Prinzip funktioniert. Sie glauben, dass die zukünftigen Verdunstungsmotoren  weit mehr Energie erzeugen und langfristig sogar einen echten Beitrag zur weltweiten Versorgung mit erneuerbarer, sauberer Energie leisten können. Die derzeitige Version des schwimmenden Verdunstungsmotors kann zwar nur kleine Leuchtdioden oder Sensoren mit Energie versorgen, sagt Chen, doch er vermutet, ein größeres und verbessertes Modell könnte theoretisch das Potenzial haben, bei gleichem Flächenbedarf mehr Energie zu erzeugen als ein Windpark.

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Auch die Feuchtigkeitsmühle habe großes Entwicklungs-potenzial, so Sahin. In der Zukunft könne es dadurch möglich werden, Motoren zu entwickeln, mit denen Fahrzeuge nur durch Verdunstungsenergie angetrieben werden. Solch ein Motor würde weder Benzin noch eine Batterie benötigen, um betrieben zu werden, so die Vision der Forscher. Eine große, verbesserte Version der Feuchtigkeitsmühle, die beispielsweise über dem Meer stehen könnte und Salzwasser zur Verdunstung nutzt, könnte ähnlich viel Energie erzeugen wie eine Windturbine, glaubt Sahin. Der große Vorteil: Solch ein „Verdunstungskraftwerk“ könnte, anders als das von der Windgeschwindigkeit abhängige Windkraftwerk, kontinuierlich Strom erzeugen – denn Verdunstung findet Tag und Nacht statt, 365 Tage im Jahr. „Verdunstung ist eine fundamentale Naturkraft. Sie ist überall und stärker als andere Kräfte wie Wind oder Wellen, so Sahin abschließend.

Quelle: dpa

Hier das Video zu den neuartigen Verdunstungsmotoren:

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