Kraftwerk in den Schuhsohlen

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. Bei jedem Schritt könnte dazu Wasser zwischen zwei kleinen Tanks hin und her gepresst werden. Wie amerikanische Forscher in der Fachzeitschrift "Nanotechnology" berichten, entstehen in den winzigen Verbindungskanälen durch die Wasserströmung elektrische Spannungen. Diese können mit Elektroden abgegriffen werden.

"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 elektrische Ladungen an den Wänden der Nanokanäle entstehen. Die hydrostatische Energie des Wasserdrucks könnte dabei – rein theoretische – 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 genug Strom für dne Betrieb elektronischer Geräte mit einem Schuhsohlen-Kraftwerk 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 zeigten Forscher von der Technischen Universität in Delft, dass diese Stromgewinnung aus fließendem Wasser tatsächlich funktioniert. Allerdings strömte die salzhaltige Flüssigkeit in einem Experiment noch durch viel dickere, etwa 45 Mikrometer breite Kanäle. Dabei erreichten sie eine Effizient 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.