Energy Autonomy – Wie der Mensch zur Energiequelle wird

Stellen Sie sich vor, Ihr Mobiltelefon oder Ihre Smartwatch würden gänzlich ohne Akku funktionieren. Egal, ob keine Steckdose vorhanden ist oder das Ladekabel zuhause liegen geblieben ist, nie wieder müssten Sie an den täglichen Ladevorgang denken. Verschwunden wäre Ihre Angst, dass in einer Stresssituation die Batterie ihres Smartphones aufgibt und Sie statt zur gewohnten Navigationsapp eine Straßenkarte in Papierform zur Hand nehmen müssten.

Während die Industrie um einen Standard für das kabellose Laden ringt, suchen Forscher bereits nach Wegen für ein energieautonomes Zeitalter. Denn in Zukunft kommt es weniger darauf an, den steigenden Energiehunger mobiler Endgeräte möglichst barrierefrei zu stillen, sondern nachhaltige Lösungen zu entwickeln, die eine Unabhängigkeit von externen Energiequellen ermöglichen.

Das erste Mobiltelefon ohne Batterie

An der University of Washington haben Wissenschaftler dazu den ersten Prototypen eines Mobiltelefons vorgestellt, der Umgebungsenergie bezieht und so vollkommen ohne Batterie auskommt. Um dies zu ermöglichen, wird auf die energieaufwendige Konvertierung analoger Schallsignale in digitale Daten verzichtet, wie sie bei einem Telefonat üblich ist. Stattdessen interpretiert eine Antenne die winzigen Vibrationen im Mikrofon oder im Lautsprecher, die entstehen, sobald eine Person spricht. Auf diese Weise sind die aus Radiowellen oder Licht eingebrachten Mikrowatt sogar ausreichend, um ein Skype-Gespräch zu führen.

Weder Display noch Kamera sind im aktuellen Prototypen verbaut. Auch gewohnte Funktionalitäten wie Apps sind nicht vorhanden. Im Mittelpunkt der Entwicklung steht allein die Verringerung des Energieverbrauches und die autarke Energieversorgung. Doch der Weg zu einem energieautonomen Mobiltelefon ist noch sehr weit. In verschiedenen Ausbaustufen kann die im Smartphone verbaute Technologie mittelfristig zur Verlängerung der Akkulaufzeiten eingesetzt werden, bevor sie langfristig eine teilweise und vollständige Unabhängigkeit von der externen Stromversorgung gewährleistet. Niedrigleistungsgeräte erhalten theoretisch eine unbegrenzte Lebensdauer, da die Notwendigkeit Batterien zu ersetzen dort entfällt wo es teuer, unpraktisch oder gefährlich ist.

Energy Harvesting – Energie aus der Umgebung

Die Erschließung neuer Energiequellen wird in naher Zukunft eine Schlüsselrolle einnehmen. Durch verschiedene Energy-Harvesting-Technologien wie Photovoltaik, Thermoelektrik, Piezoelektrizität oder elektromagnetische Strahlung können autonome Komponenten Energie aus ihrem direkten Umfeld gewinnen. Forscher des Nanomaterials and Energy Devices Laboratory der Vanderbilt University haben aus einem Nanofilament ein ultradünnes Energiegewinnungssystem entwickelt. Es ist nur wenige Atome dick und kann Bewegung und Druck in Strom umwandeln.

Wird ein solches Nanofilament in die Kleidung eingearbeitet, könnten Menschen über das System durch natürliche Bewegungen wie z.B. Laufen oder Bücken elektrischen Strom erzeugen, um damit unterwegs verschiedenste elektronische Geräte aufzuladen. Der Mensch wird zur „Human-Power-Plant“. Denn es versetzt den Menschen erstmalig in die Lage, die im Alltag erzeugte kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln und für den Betrieb von Smartwatches oder Mobiletelefonen zu verwenden.

Der Mensch als Energielieferant

Wie der Mensch zukünftig zur Energieerzeugung auch im größeren Maßstab herangezogen werden kann, zeigt auch die Entwicklung der Firma Pavegen. Das Unternehmen hat in der Londoner Bird Street den ersten smarten Fußgängerweg bauen lassen. Laufen Passanten über den Fußweg, wird durch den Druck kinetische Energie erzeugt und in Strom für die Straßenbeleuchtung umgewandelt. Für Einkäufer wurden Bluetooth-Sender installiert, die eine Interaktion ermöglichen, sodass Fußgänger je nach Energieaktivität Gutscheine oder Rabatte von umliegenden Geschäften auf das Smartphone erhalten.

Bislang war der Wirkungsgrad solcher Systeme eher gering und stellte den Hauptkritikpunkt dar. Analog zur Entwicklung der Prozessorgenerationen in der Computerindustrie dürfte sich die Leistungsfähigkeit der energieautonomen Systeme in den kommenden Jahren ebenfalls deutlich steigern. Der Mensch rückt so immer mehr in das Zentrum der Energieerzeugung. Die Forschung dringt dabei in immer gewagtere Dimensionen vor. Das Team der Malmö University hat eine biokompatible Brennstoffzelle entwickelt, die Energie aus dem menschlichen Blut gewinnt und damit die Batterie in biomedizinischen Geräten ersetzen soll.

(c) Malmö University

Sie besteht aus zwei Graphitelektroden, die jeweils mit einem anderen Enzym beschichtet sind. Sie generieren Strom durch Redoxreaktionen, wobei die Glukose und der Sauerstoff im Blut eine Rolle spielen. Im Test wurde die Zelle in eine künstliche Vene integriert, denkbar wäre ihr Einsatz jedoch auch in Herzschrittmachern. Entwicklungen wie diese befinden sich heute auf der Ebene der Grundlagenforschung. Ihr Weg in den Massenmarkt ist mehr als ungewiss. Doch zeigen diese Forschungsvorhaben welche Wege zur alternativen Energieerzeugung möglich werden, auch wenn sie heute eher einer Utopie gleichen.

 


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