Strom aus dünner Luft – eine faszinierende neue Quelle für grüne Energie
Das Projekt HUNTER konzipiert eine revolutionäre Vorrichtung zur Stromerzeugung, die Luftfeuchtigkeit in elektrische Ladung umwandelt. Es handelt sich hierbei um eine Form statischer Elektrizität, die Hygroelektrizität genannt wird. „Das Spektrum der bekannten Quellen für erneuerbare Energie, also Sonne, Wind und Wellenkraft, erweitert sich somit durch die Nutzung einer neuen Quelle, die sich auf Luftfeuchtigkeit stützt“, so Projektkoordinator Andriy Lyubchyk. Das multidisziplinäre Konsortium beschäftigte sich sowohl mit technologischen Belangen (wie der Herstellung nanoelektrischer Vorrichtungen) als auch mit grundlegenden Fragestellungen (beispielsweise Ladungstransportmechanismen). Die Forschenden griffen auf jüngste Erkenntnisse aus den Bereichen Nanotechnologie und Materialwissenschaft zurück, um Strom mithilfe innovativer Vorrichtungen für die Umwandlung von Feuchtigkeit in elektrische Energie aus der Luft zu beziehen. „Die Vorrichtung wird elektrische Ladung sammeln und einen Strom liefern, dies geschieht auf eine ähnliche Weise wie Solarzellen Sonnenlicht einfangen und elektrische Energie generieren“, erläutert Lyubchyk. Die Projektpartner verfügen über eine umfassende Forschungserfahrung bezüglich der Herstellung nanostrukturierter Materialien sowie der optischen, elektrischen und strukturellen Charakterisierung niedrigdimensionaler Systeme. Das Team konstruierte und erprobte eine Vorrichtung, die eine auf Nanomaterialien gestützte Technologie für die Umwandlung von Feuchtigkeit in Strom anwendet und die Technologiereifegrade 3-4 erreicht hat.
Erschließung neuer Technologien
Laut Lyubchyk zählten zu den wesentlichen technologischen Fortschritten die Konzeption energieeffizienter Vorrichtungen für die Umwandlung von Feuchtigkeit in Strom. „Teil des Projektes war auch die Weiterentwicklung der einzigartigen Nanotechnologien, Methoden und Instrumente zur Fertigung und Prüfung nanoelektronischer Vorrichtungen für Umgebungen, in denen sich die Feuchtigkeit gut steuern lässt“, beobachtet er. Außerdem entstanden während des Projekts neue Technologien. „Beispielsweise wurde die Einheit zur Feuchtigkeitsdosierung „EUREKA1“ entwickelt, erprobt und für den Einsatz in elektrischen Umgebungen sowie bei der Feuchtigkeitsadsorption oder morphologischen Charakterisierung optimiert. Ihre Präzision ist hoch genug, um ein Hundertstel eines relativen Feuchtigkeitswerts messen zu können“, merkt Lyubchyk an. Die erfolgreiche Umsetzung des Projekts ist einem koordinierten Netzwerk für den Wissensaustausch auf den Gebieten Materialwissenschaft, Physik und Chemie zu verdanken. Eine zusätzliche Stärkung erhielt das Vorhaben durch Berücksichtigung aktueller Erkenntnisse der Nanoelektronik sowie der Umsetzung von der Basis ausgehender nanotechnologischer Ansätze im Rahmen einer internationalen und bereichsübergreifenden Zusammenarbeit unter Fachkräften aus Belarus, Finnland, Frankreich, Portugal, der Ukraine und den Vereinigten Staaten.
Zahlreiche Anwendungsbereiche
Die Projektergebnisse haben zur Entwicklung einer neuen Generation von Funktionsmaterialien und damit zur Gestaltung fortschrittlicher nanoelektronischer Vorrichtungen geführt. „Wir glauben, dass die Grundsätze, die sich von der Umwandlungsvorrichtung des HUNTER-Projekts ableiten ließen, das wissenschaftliche Verständnis der Gebiete Nanomaterialien und Nanoelektronik erweitern werden“, merkt Lyubchyk an. Zusätzlich eröffnet die Initiative eine neue Sichtweise auf bestehende nanotechnologische Lösungen zum Thema erneuerbare Energie: Das System von HUNTER wird in bereits vorhandene Solarmodule eingebunden, sodass es nachts arbeiten kann. Außerdem soll eine Integration in Baumaterialien vorgenommen werden. Denkbar sind darüber hinaus Anwendungen in der Medizin als Stromversorgung für fotoaktive Materialien bei der Tumorbehandlung, in der Verfahrenstechnik für edelmetallfreie Katalysatoren, die elektrokinetisch, also über ein elektrisches Feld, gesteuert werden, sowie in der Automobilindustrie für Niedrigtemperatur-Sauerstoffsensoren in Dünnfilmausführung. Die aussichtsreichste Einsatzmöglichkeit für die HUNTER-Technologie allerdings liegt wohl im Bereich der Schaltgeräte, die normalerweise Strom aus herkömmlichen Energiequellen beziehen. „Bei der Entwicklung dieser Technologie haben sich bereits Forschungsgruppen zusammengefunden und werden sich weiterhin zusammenfinden, deren Mitglieder aus zahlreichen Arbeitsgebieten sowie von privaten Unternehmen kommen, um ein großes Ziel zu erreichen – das Leben der Menschen zu verbessern“, sagt Lyubchyk abschließend.
Schlüsselbegriffe
HUNTER, erneuerbare Energie, Luftfeuchtigkeit, Hygroelektrizität, Nanomaterialien, Nanoelektronik, Vorrichtung für die Umwandlung von Feuchtigkeit in Strom, Umwandler
