Wissenschaftler haben herausgefunden, wie man Holzstücke dazu bringt, eine Ladung zu erzeugen, sobald man Druck auf sie ausübt. Das könnte die Effizienz von Gebäuden verändern.

In einem Video von Schweizer Forschern tritt jemand immer wieder auf ein kleines Quadrat am Holzboden. Dieses Quadrat ist mit einer Glühbirne verkabelt und bei jedem Schritt flackert die Glühbirne. Allein durch das Betreten des Holzbodens hat die Person also Strom erzeugt.  

Der triboelektrische Effekt

Dies funktioniert durch den sogenannten triboelektrischen Effekt, der eine Möglichkeit darstellt, Elektrizität zu erzeugen, indem Elektronen von einem Material auf ein anderes übertragen werden. Normalerweise passiert das durch die Art und Weise, wie diese Materialien aneinander reiben (denken Sie an statische Elektrizität). Obwohl die Nutzung dieses Effekts nicht ganz neu ist – triboelektrische Nanogeneratoren wurden bereits in Bodenbelägen und sogar in tragbaren Stoffen verwendet –, haben die Forscher vom Labor für Holzwerkstoffe der ETH Zürich und der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Dübendorf auch ihren Generator aus Holz hergestellt. Und dabei haben sie natürlich ein nachhaltiges Material verwendet, das Teil intelligenter Gebäude der Zukunft werden könnte. Ihre Arbeit zu ihrem Nanogenerator haben die Forscher in der Fachzeitschrift Matter veröffentlicht.

Die meisten triboelektrischen Nanogeneratoren verwenden synthetische Materialien wie Teflon oder Silikon, um ihren Strom zu leiten. Diese werden als „triboaktive“ Materialien bezeichnet. Holz ist dafür kein großartiges Material, da es im Grunde neutral ist – es zieht weder Elektronen an noch verliert es. Ein triboelektrischer Nanogenerator muss jeweils ein Material verwenden, um eine Ladung zu erzeugen. Um dies zu umgehen, veränderten die Forscher die triboelektrischen Eigenschaften des Holzes, indem sie ein Stück mit einem Silikon und das andere mit Nanokristallen namens ZIF-8 beschichteten, die Metallionen und organische Moleküle enthalten.

Holz und Schnittrichtung hat Einfluss auf Stromerzeugung

Sie testeten verschiedene Hölzer und sogar verschiedene Holzschnitte, da die Schnittrichtung des Holzes einen Einfluss auf die Stromerzeugung hatte. Am besten schnitt die radial geschnittene Fichte ab. Da sie Holz als „Gerüst“ für diese triboaktiven Materialien verwendeten, konnten sie geringere Teile an synthetischen Materialien verwenden, sagt Guido Panzarasa, leitender Autor der Studie und Gruppenleiter im Wood Materials Science Laboratory. „Wir haben nicht nur Erkenntnisse darüber gewonnen, welche Rolle Holz in einem triboelektrischen Generator spielen kann, sondern wir haben auch einen Nanogenerator hergestellt, der hauptsächlich aus Holz besteht“, sagt er im Vergleich zu früheren Nanogeneratoren, die zu einem weitaus höheren Teil aus diesen synthetischen Materialien bestehen.

Diese Forschung steht noch am Anfang. Der von ihnen hergestellte Prototyp, der kleiner als ein Blatt Papier war, konnte genug Strom erzeugen, um eine LED-Lampe und eine kleine Elektronik wie einen Taschenrechner anzutreiben, aber es ist schwer abzuschätzen, ob auch genügend Energie erzeugt werden kann, um ein Stockwerk in einem Bürohaus zu versorgen. Hierbei spielen natürlich viele Faktoren eine Rolle – zum Beispiel wie viele Leute darauf laufen und wie oft, wie groß der Raum ist, wie viele Geräte mit Strom versorgt werden müssen usw.

„Die Idee dahinter ist, ein Material umzuwandeln, das gleichzeitig natürlich, erneuerbar, nachhaltig und CO2-speichernd ist und dieses zu verwenden, um die Energieeffizienz von Gebäuden zu steigern.“, so Panzarasa.

Quelle: fastcompany.com