Ein großes Wasserkraftwerk oder ein Windpark ist vielleicht das erste, was einem in den Sinn kommt, wenn man an die Nutzung von Wasser oder Wind zur Stromerzeugung denkt. Aber betrachten Sie einen kleineren Maßstab. Italienische Forscher haben eine Energy-Harvesting-Technologie entwickelt, die in Pflanzen platziert werden kann und Strom aus Wind oder Niederschlag erzeugt. Dieses Gerät kann genug Strom erzeugen, um sich selbst und die LED-Leuchten bei windigem oder regnerischem Wetter mit Strom zu versorgen. Eine Studie, die am 28. Februar in der Zeitschrift IEEE Robotics and Automation Letters veröffentlicht wurde, beschreibt dieses neue Gerät.
Fabian Meder ist ein Forscher, der am Italian Institute of Technology (IIT) in Genua, Italien, an bioinspirierten Softrobotern arbeitet. Er sagt, dass ein System, das Strom aus Blättern erzeugt, besonders nützlich für die Fernüberwachung der Umwelt und landwirtschaftliche Anwendungen sein könnte, bei denen energieautarke Sensoren zur Untersuchung der Pflanzengesundheit erforderlich sind.
Das von Meder et al. entwickelte Gerät besteht aus einem künstlichen Blatt, das zwischen die Blätter einer echten Pflanze gelegt wird und an dessen Unterseite eine Silikonelastomerschicht angebracht ist. Die beiden Oberflächen kommen in Kontakt und trennen sich wieder, wenn sich [die Blätter] im Wind bewegen, was statische Aufladungen auf unserem Gerät und der Kutikula des Pflanzenblatts verursacht. Diese Ladungen entstehen im inneren Zellgewebe der Pflanze und erzeugen dort einen Strom. Wir können diesen Strom erfassen, indem wir eine Elektrode in Pflanzengewebe platzieren.
Ähnliche Methoden werden von einer bestehenden Reihe von Energiegewinnungsgeräten verwendet, die in Pflanzen eingebaut sind, um Strom aus Wind zu erzeugen, aber dieses Arbeitsteam ist noch einen Schritt weiter gegangen, indem es ein Gerät entwickelt hat, das auch Energie aus Regentropfen gewinnen kann.
Die Silikonelastomerschicht auf der Unterseite des künstlichen Blattes unterscheidet sich von der Schicht aus fluoriertem Ethylenpropylen (FEP) auf der Oberseite des künstlichen Blattes, um statische Aufladung durch das Rascheln der Blätter zu erzeugen und zu sammeln. Elektroden, die in und auf dem künstlichen Blatt platziert sind, verbinden sich, wenn Regentropfen auf diese obere Schicht fallen, laden die Oberfläche auf und bilden einen Kondensator. Die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden ändert sich, wenn sich Regentropfen zusammenziehen und sich über die Blattoberfläche ausbreiten, wodurch ein Strom entsteht.
Die Fähigkeit, Energie bei unterschiedlich starkem Wind und Regen einzufangen, wurde von den Forschern getestet, indem sie die falschen Blattsysteme auf den Blättern einer lebenden Oleanderpflanze platzierten. Sie entdeckten, dass ein einziger Wassertropfen 11 LED-Leuchten direkt mit Strom versorgen kann und Spannungs- und Stromspitzen von über 40 Volt und 15 Mikroampere erzeugt.
Das Gerät ist entweder ein multifunktionaler Energy Harvester oder ein Sensor mit eigener Stromversorgung, so Barbara Mazzolai, Direktorin des IIT-Labors für bioinspirierte Softrobotik und stellvertretende Direktorin für Robotik, die ebenfalls an der Studie beteiligt war. „Die Ergebnisse zeigten, dass es möglich ist, Wind- und Regenenergie separat oder gleichzeitig mit dem Gerät zu gewinnen“, sagt er.
Er weist darauf hin, dass bestehende reine Windsysteme wie dieses dazu neigen, weniger Strom zu erzeugen, wenn ihre Oberflächen nass sind. Die Forscher behaupten jedoch, dass ihr neues Gerät dank der oberen FEP-Schicht, die Energie aus Regen einfängt, in feuchten Umgebungen mehr Strom erzeugen kann.
Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie glauben die Forscher, dass Designänderungen wie Materialien und Elektrodenformen die Leistung ihrer künstlichen Blätter möglicherweise weiter verbessern könnten.
Laut Mazzolai „prüfen wir mögliche Märkte und haben die Technik zum Patent angemeldet. Es muss jedoch noch mehr Arbeit geleistet werden, bevor das Endprodukt definiert werden kann. Beispielsweise wollen wir Systeme in Umgebungen mit unterschiedlichsten Wind- und Regenbedingungen ausgiebig testen.
Quelle: Spektrum.ieee.org
📩 21/03/2023 20:53