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Wellenenergie: Wie dieser Generator mit Kunstfell Strom erzeugt

Eine wiederkehrende Herausforderung bei Forschungsgeräten auf dem offenen Meer: der Batterieaustausch. Ein besonderer triboelektrischer Nanogenerator soll dieses Problem jetzt lösen – mithilfe von Kunstfell.

Von Hannah Klaiber
2 Min. Lesezeit
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Dieser Generator erzeugt aus Wellen elektrischen Strom. (Bild: Sara Levine, pnnl.gov)

Der triboelektrische Nanogenerator (FMC-Teng) wandelt Wellen aller Art in elektrische Energie um. Er liefert genug Strom, um die Funktionen von Gerätschaften zu sichern, die zum Meeres-Monitoring eingesetzt werden.

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Ein Generator, der Batterieaustausch auf offenem Meer unnötig macht

Entwickelt wurde der zylinderförmige Generator von Forschenden des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), die die bereits bestehenden C-Teng, die für die Energiegewinnung mit Niederfrequenzwellen entwickelt wurden, verbessern wollten. „Die zufällige und niedrige Amplitude und Frequenz der Meereswellen stellen eine große Herausforderung für den Betrieb und die Leistung der meisten C-Tengs dar“, heißt es in der Studie, die im Journal Nano Energy veröffentlicht wurde.

Ein C-Teng müsse in der Lage sein, bei allen Wellenstärken zu arbeiten. „Hier wurde ein frequenzmultiplizierter zylindrischer Teng (FMC-Teng) entwickelt, der Magnete verwendet, um potenzielle Energie zu speichern und sofort freizusetzen“, erklären die Forscher:innen in Nano Energy. Das Ziel: die Erzeugung von „hochfrequenter kinetischer Energie, um die Betriebsfrequenz des Teng mit niederfrequenten, gleichmäßigen Wasserwellen zu erhöhen und die erzeugte Leistung zu erhöhen.“

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Mit Kunstfell wird statische Elektrizität erzeugt

Der vom PNNL entwickelte Teng, dessen Funktionsweise auch in einem Beitrag auf Instagram veranschaulicht wurde, besteht demnach aus zwei Zylindern: Der größere umschließt den kleineren, sich frei drehenden Zylinder. Zwischen den beiden Zylindern befinden sich Kunstfellstreifen, Aluminiumelektroden und ein Teflon-ähnliches Material (FEP).

Bei den Rollbewegungen des Generators erzeugen Kunstfell und Aluminiumelektroden auf dem einen Zylinder Reibung mit dem FEP-Material auf der Innenseite des anderen Zylinders. Die erzeugte statische Elektrizität wird in Strom umgewandelt.

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Um die Ausbeute an Energie zu maximieren, haben die Entwickler im Inneren des Geräts Magnete platziert, die das Rotieren des inneren Zylinders bis zum Erreichen des Wellenkamms herauszögern. Wenn das Gerät die maximale Energiemasse aufgenommen hat, löst sich die Magnetkraft und der Generator rollt ins Wellental.

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Kontinuierlich erzeugte Energie

Mit der so erzeugten elektrischen Energie, die zudem in einem kleinen Akku gespeichert wird, sollen Messfühler auf dem Meer und dazugehörende Funkgeräte zuverlässig mit Strom versorgt werden. So soll die Erfassung von Temperaturen, Windgeschwindigkeiten und anderen Daten, die die Gerätschaften im Wasser aufnehmen, gesichert werden, ohne dass ein Batterieaustausch nötig ist.

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„Diese Art von Generator kann Sensor-Arrays auf Bojen mit Strom versorgen, um Wasser-, Wind- und Klimadaten des offenen Ozeans allein mit erneuerbarer Meeresenergie zu erfassen“, wird Daniel Deng, PNNL-Labor-Stipendiat und Mitentwickler des neuen Geräts, in einer Presseveröffentlichung zitiert.

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