Kraftwerk in den Schuhsohlen

Durch Nanokanäle strömendes Wasser erzeugt elektrische Spannung

Providence (USA) - In Zukunft könnte jeder sein eigenes kleines Wasserkraftwerk in den Schuhsohlen mit sich führen. Der dort produzierte Strom soll ausreichen, um Handys und MP3-Player betreiben zu können. Grundlage der Stromerzeugung wäre Wasser, das bei jedem Schritt zwischen zwei kleinen Tanks hin und her gepresst wird. Wie amerikanische Forscher in der Fachzeitschrift "Nanotechnology" berichten, entstehen in den winzigen Verbindungskanälen durch die Wasserströmung elektrische Spannungen. Diese lassen sich mit Elektroden abgreifen.

"Mit Nanoröhrchen aus Kohlenstoff könnten wir das hydrodynamische Rutschen und damit die Effizienz der Stromgewinnung steigern", sagt Derek Stein von der Brown University in Providence. Zusammen mit seinem Kollegen Yongqiang Ren berechnete er, wie Wasser durch einige Millionstel Millimeter dünne Kanäle strömen kann. Da in diesen Dimensionen Reibungseffekte verringert werden, könnten besonders effizient an den Wänden der Nanokanäle elektrische Ladungen entstehen. Die hydrostatische Energie des Wasserdrucks könnte dabei – rein theoretisch – zu über 50 Prozent in elektrische Spannungen umgewandelt werden. Bei realistischen Drücken von etwa einer Atmosphäre wären Leistungen von bis zu 1,2 Watt pro Quadratmeter möglich.

Diese Werte reichen aus, um mit einem Netzwerk aus Nanokanälen im Schuhsohlen-Kraftwerk genug Strom für den Betrieb elektronischer Kleingeräte zu erzeugen. Bevor allerdings ein erster Prototyp gebaut werden kann, will Stein seine Berechnungen an einem Experiment in Zusammenarbeit mit Physikern und Ingenieuren überprüfen.

Bereits vor zwei Jahren hatten Forscher von der Technischen Universität in Delft gezeigt, dass diese Stromgewinnung aus fließendem Wasser tatsächlich funktioniert. Allerdings strömte die salzhaltige Flüssigkeit im Experiment noch durch viel dickere, etwa 45 Mikrometer breite Kanäle. Dabei erreichten sie eine Effizienz von gut drei Prozent. Gelingt nun noch kleineren Kanälen die Vervielfachung des Wirkungsgrads, könnte dieses Kraftwerks-Prinzip tatsächlich von dem reinen Laborversuch zu praktischen Anwendungen führen. Mit einem extrem engen Netzwerk aus sehr vielen Nanokanälen wären laut Stein sogar noch effizientere Strömungskraftwerke mit mehreren Kilowatt pro Quadratmeter möglich. "Das wäre ganz grob vergleichbar mit der Leistungsdichte von Wasserkraftwerken in Staudämmen", sagt Stein.