Erneuerbare Energien sind eines der größten Themen unserer Zeit. Künftig könnte die Menschheit Strom vielleicht noch aus einer ganz neuen Quelle erhalten. Einem Forscherteam aus den USA ist ein Durchbruch bei der Gewinnung von erneuerbaren Energien gelungen. Durch einen dünnen Film konnten sie aus der Luft sauberen Strom gewinnen. Was genau dahinter steckt, lesen Sie im Artikel.
Studie: Forscherteam revolutioniert die Stromproduktion
Stromerzeugung durch Sonnenenergie und Windkraft kann nur gelingen, wenn die Sonne scheint oder der Wind weht. Nun gibt es eine Methode, die sich davon unabhängig gemacht hat. Das Team um Xiaomeng Liu von der University of Massachusetts in Amherst hat etwas geschafft, dass die Stromproduktion revolutionieren könnte - die Forscher haben den sogenannten "generischen Air-gen-Effekt" entdeckt.
"Die Luft enthält eine enorme Menge an Elektrizität", sagt Forscher Jun Yao. "Denken Sie an eine Wolke, die nichts anderes ist als eine Menge von Wassertropfen. Jeder dieser Tropfen hat eine Ladung und wenn die Bedingungen stimmen, kann die Wolke einen Blitzschlag erzeugen", erklärt er weiter. "Wir wissen nicht, wie wir Energie aus Blitzen zuverlässig einfangen können. Wir haben jedoch eine kleine Wolke entwickelt, die für uns vorhersagbar und kontinuierlich Energie produziert, sodass wir diese ernten können", schildert Yao im Mai 2023 in einer Mitteilung, die von der Universität veröffentlicht wurde.
Schon vor mehreren Jahren entwickelten die Forscher ein Gerät, mit dem es möglich war, Energie aus der Luft zu gewinnen. Das funktionierte mit Protein-Nanodrähten, die das Bakterium Geobacter sulfurreducens erzeugten. In der neusten Forschungsarbeit bemerkte das Team allerdings, dass es das Bakterium dafür gar nicht benötigt. "Nach der Entdeckung von Geobacter wurde uns klar, dass die Fähigkeit, Strom aus der Luft zu erzeugen, sehr allgemein ist: Jedes Material kann Strom aus der Luft gewinnen, solange es eine bestimmte Eigenschaft hat", erklärt Forscher Yao. "Es muss Löcher haben, die kleiner als 100 Nanometer sind, also weniger als ein Tausendstel der Breite eines menschlichen Haares", sagt Yao.
Das hängt mit einem Parameter zusammen, der als "mittlere freie Weglänge" bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um den Weg, den ein Wassermolekül in der Luft zurücklegt, bis es mit einem anderen Molekül, das dieselbe Substanz hat, zusammenstößt. Dieser Weg beträgt bei Wassermolekülen die besagten 100 Nanometer.
Wie können die Forscher Strom aus der Luft produzieren?
Die Forscher entwickelten eine dünne Materialschicht, die mit Nanoporen, die kleiner als 100 Nanometer sind, gefüllt ist. Dieser Film führt dazu, dass Wassermoleküle von oben nach unten durchrutschen können. Dabei stoßen sie leicht an den Rand der Pore. Dadurch sind auf dem oberen Teil des Films deutlich mehr ladungstragende Wassermoleküle als auf dem unteren Teil. So entsteht wie in einer Wolke ein Ladungsungleichgewicht, weil der obere Teil die Ladung im Vergleich zum unteren Teil erhöht.
Diese Ladung kann dann etwa dazu genutzt werden, den Strom in einer Batterie zu speichern oder kleine Geräte mit Strom zu versorgen.
Die Forschung des Teams befindet sich noch in einer frühen Phase
Trotz aller Revolution befindet sich die Entdeckung der Forscher noch in einer frühen Phase. Das Wissenschaftsportal ScienceAlert erwähnt, dass man in der Studie, die im Fachjournal Advanced Materials erschienen ist, nachlesen kann, dass das Team einen Zellulose-Film getestet hat, der eine Spannung von 260 Millivolt erreichte. Zum Vergleich: Ein Smartphone braucht etwa eine Spannung von fünf Volt.
Für das Team ist diese Erkenntnis allerdings kein Rückschlag, denn es geht davon aus, dass es möglich sein wird, viele tausend Schichten des Films übereinanderzulegen, da jede einzelne sehr dünn ist. So könnte die Energiemenge vergrößert werden, ohne die Stellfläche des Gerätes zu erweitern. "Stellen Sie sich eine zukünftige Welt vor, in der sauberer Strom überall verfügbar ist", erklärt Yao. "Der generische Air-gen-Effekt bedeutet, dass diese zukünftige Welt Wirklichkeit werden kann." Studienleiter Liu sagt, "wir öffnen eine Tür für die Gewinnung von sauberem Strom aus der Luft".