Voller Energie: Modifiziertes Holz kann durch Verformung elektrische Spannung erzeugen. - Jan Mesaros
Tänzer können ihr Tanzbein künftig vielleicht über einen stromerzeugenden Boden schwingen lassen. Zürcher Forschenden ist es nämlich gelungen, einen Holzwürfel in einen Mini-Generator zu verwandeln.
Als Tony Holiday «Tanze Samba mit mir» sang, dachte er wohl kaum daran, dass die rhythmischen Schritte des Gesellschaftstanzes den Fussboden einst zum Stromgenerator machen könnten.
Mechanische in elektrische Energie umgewandelt
Noch ist dies zwar auch nicht möglich. Aber die Forschenden der Empa und der ETH Zürich um Ingo Burgert zeigten anhand eines kleinen Würfels, dass sich der sogenannte piezoelektrische Effekt in Holz zur Energiegewinnung nutzen lässt.
Piezoelektrizität beschreibt das Phänomen, bei dem mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Allerdings ist natürliches Holz zu wenig flexibel, sodass nur eine geringe elektrische Spannung entsteht, wie die Empa am Montag mitteilte. Deshalb lösten die Forschenden das stabilisierende Lignin, das die Zellen verholzt, heraus. Resultat: Ein schwammartiges Holz, das sich zusammenpressen lässt und danach wieder ausdehnt.
Fäule macht mehr Strom
In einer kürzlich im Fachmagazin «Science Advances» erschienenen Studie berichtete das Team von einer Delignifizierung, die ohne schädliche Chemikalien auskommt. Dafür griffen sie auf die Trick-Kiste der Pilze zurück: Der Flache Lackporling baue das Lignin im Holz besonders schonend ab, wie der Empa-Forscher und Mitautor Javier Ribera erklärte. Dieser Pilz mit dem lateinischen Namen Ganoderma applanatum ruft im Holz von Bäumen die sogenannte Weissfäule hervor.
Das Team unterzog den Testwürfel von 1,5 Zentimeter Seitenlänge einem Belastungstest. Sie massen eine maximale Spannung von 0,87 Volt sowie einen Strom von 13,3 Nanoampere, wie sie in der Studie berichten. Das Verfahren erhöhte demnach die piezoelektrische Leistung des Holzes um das 55-fache.
Trittenergie in Strom umwandeln
Die Forschungsgruppe unterzog den Testwürfel mit einer Seitenlänge von etwa 1.5cm rund 600 Belastungszyklen. Das Material zeigte dabei eine erstaunliche Stabilität. Bei jeder Belastung massen die Forscher eine Spannung von rund 0.63 V - eine Spannung, die für eine Anwendung als Sensor brauchbar wäre. In weiteren Experimenten versuchte das Team, die mögliche Skalierbarkeit dieses Nanogenerators auszuloten. So konnten sie etwa zeigen, dass 30 solcher Holzklötze, wenn diese parallel mit dem Körpergewicht eines Erwachsenen belastet werden, bereits ein einfaches LCD-Display zum Leuchten bringen.
Denkbar wäre bei einer weiteren Optimierung des Prozesses auch ein funktionalisierter Parkettboden, der die Trittenergie in Strom umwandelt. Die Tauglichkeit als drucksensitiver Sensor auf der menschlichen Haut testeten die Forscher und zeigten damit, dass auch eine Anwendung im medizinischen Bereich möglich wäre.
«Piezo»-Holz
Die Forschenden bauten daraufhin einen Prototyp aus neun solchen «verrotteten» Holzwürfeln, mit dem sich eine Leuchtdiode (LED) durch festes Drücken anknipsen liess.
Bis zur Nutzung des «Piezo»-Holzes als stromerzeugender Parkettboden sei zwar noch mehr Forschungsarbeit nötig, schrieb die Empa. Um die Technologie für die industrielle Anwendung zu adaptieren, seien die Forschenden aber bereits im Gespräch mit möglichen Kooperationspartnern.
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