Wie Power Felt funktioniert

Wahrscheinlich haben Sie diese Erfahrung gemacht: Sie sind den ganzen Tag unterwegs und hatten keine Gelegenheit, Ihr iPhone anzuschließen , und gerade wenn Sie telefonieren oder Ihre E-Mails abrufen müssen, sehen Sie dieses kleine Rot Symbol, das anzeigt, dass Ihr Akku fast leer ist. Es ist so frustrierend, dass einem tatsächlich ein wenig heiß unter dem Kragen wird. Aber warte – vielleicht ist das die Lösung. Was wäre, wenn Sie, anstatt eine Dichtung zu sprengen, diese überschüssige Körperwärme irgendwie in Strom umwandeln und damit Ihr Telefon oder ein anderes tragbares Gerät mit Strom versorgen könnten?

Sie haben tatsächlich schon einmal eine Variation dieser Idee gesehen, wenn Sie ein Fan der filmischen „Matrix“-Trilogie sind, in der sich ein riesiges Computernetzwerk selbst antreibt, indem es Energie aus Legionen von komatösen, ahnungslosen Menschen absaugt. Wir reden jedoch nicht über etwas so Gruseliges. Die Erzeugung von thermoelektrischer Energie im kleinen Maßstab, bei der Körperwärme gewonnen wird, um tragbare Geräte mit Strom zu versorgen, ist ein Konzept, das Wissenschaftler in den letzten Jahren sehr intensiv untersucht haben – da unser Verlangen, stromhungrige Geräte in unseren Taschen zu tragen, weiter gewachsen ist .

Kürzlich gaben Forscher des Center for Nanotechnology and Molecular Materials der Wake Forest University den Aussichten der thermoelektrischen Stromerzeugung Auftrieb, als sie ein stoffähnliches Material namens „Power Felt“ entwickelten, das in der Lage ist, Unterschiede zwischen der Wärme eines Objekts und der Raumtemperatur auszunutzen, um eine zu erzeugen elektrische Ladung [Quelle: Neal ].

Ein Forscher, der an dem Projekt gearbeitet hat, stellt sich vor, eine Jacke aus Power-Filz herzustellen und damit einen iPod mit Strom zu versorgen, eine Idee, die für Jogging-Enthusiasten bei kühlem Wetter ziemlich großartig klingt. Aber Kraftfilz muss nicht nur in ein Kleidungsstück passen. Ein in Stromfilz gehüllter Taschenlampengriff könnte während eines längeren Stromausfalls eine großartige Sache sein, und ein Autositz aus dem Stoff könnte Energie aus Ihrem Hinterteil ziehen, um Ihre Fenster oder Ihr Radio mit Strom zu versorgen. Und es gibt auch andere nichtmenschliche Energiequellen, die wir damit erschließen könnten [Quelle: Neal ].

Wenn Sie sich wundern, wie Ihr verschwitzter Körper an einem warmen Sommertag ein iPad mit Strom versorgen könnte, stellen Sie sich das so vor: Fast die gesamte Elektrizität, die Menschen verbrauchen – etwa 10 Billionen Watt – wird durch die Freisetzung von Wärmeenergie erzeugt (normalerweise durch Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Erwärmung von Wasser) und anschließende Umwandlung dieser Wärme in mechanische Energie. Mechanische Energie wird dann verwendet, um Generatoren anzukurbeln und elektrischen Strom zu erzeugen. Diese altbewährte Methode, thermoelektrische Stromerzeugung genannt , produziert zwar viel Energie. Aber es verschwendet auch viel Energie, weil das mechanische Verfahren Wärme nicht so effizient nutzt. Tatsächlich entweicht mehr als die Hälfte dieser Wärme einfach in die Atmosphäre [Quelle: Jacques ].

Es wäre viel besser, zumindest theoretisch, wenn wir einen praktischen Weg finden könnten, Strom direkt aus Wärme selbst zu erzeugen. Wissenschaftler wissen seit langem, dass dies möglich ist, denn wenn es einen Temperaturunterschied zwischen der Umgebung und der eines Objekts gibt, kann ein leitfähiges Material zwischen den beiden diesen Kontrast nutzen, um elektrischen Strom zu erzeugen, ohne Turbine oder mechanischen Generator. Dies ist als Seebeck-Effekt bekannt [Quelle: Timmer , Ozcanli ].

Der Trick bei der Erzeugung und Ernte dieser nicht-mechanischen Elektrizität besteht darin, das richtige leitende Material zu finden. Seit einiger Zeit bauen Forscher direkte thermoelektrische Generatoren, die eine Metalllegierung, Wismut-Antimon-Tellurid, verwenden, die die Fähigkeit besitzt, Strom aus Wärme zu erzeugen. Aber dieses Material ist teuer und nicht so effizient [Quelle: DOE ].

Deshalb sind alle so begeistert von Powerfilz, der – trotz seines Namens – eigentlich kein Stoff ist, der aus Wolle gewebt ist, wie das Zeug, das sie auf Billardtischen verwenden. Stattdessen besteht Powerfilz aus Kunststofffasern, die um winzige – und mit winzig meinen wir ein Atom dicke – Strukturen gewickelt sind, die als Kohlenstoffnanoröhren bezeichnet werden und Elektrizität sehr, sehr gut leiten können. Es ist auch potenziell billig in der Herstellung, was bedeutet, dass wir es überall verwenden könnten [Quelle: Neal , Zhang ].

Während es cool wäre, ein iPad mit Ihrer Körperwärme zu betreiben, müssen wir uns wahrscheinlich keine Sorgen machen, versklavt zu werden, um ein riesiges Computernetzwerk wie in den „Matrix“-Filmen mit Strom zu versorgen. Menschen sind eine potenzielle Stromquelle , aber eine ziemlich begrenzte. Ein erwachsener Mann beispielsweise könnte theoretisch 100 bis 120 Watt Energie erzeugen. Das wird das Empire State Building nicht beleuchten, aber es könnte ausreichen, um einige persönliche elektronische Geräte mit Strom zu versorgen – ein Laptop benötigt etwa 45 Watt und ein Mobiltelefon benötigt nur etwa 1 Watt zum Betrieb [Quelle: Ozcanli ].

Allerdings haben die Forscher noch einen weiten Weg vor sich, bevor wir in der Lage sind, einen signifikanten Teil des Potenzials unseres Körpers zur Stromerzeugung zu nutzen. Während die Idee des Kraftfilzes vielversprechend ist, kann die anfängliche Demonstrationsversion nur etwa 140 Nanowatt Saft erzeugen [Quelle: Zhang ]. Der schurkische Agent Smith aus den „Matrix“-Filmen wäre enttäuscht, denn das ist nur etwa ein Milliardstel Watt. Andere verfügbare leitfähige Materialien zur Umwandlung von Körperwärme in Energie sind nicht viel besser. Nach einer Schätzung sind solche Geräte in der Lage, etwa 0,4 Prozent der Wärmeenergie des Körpers zu gewinnen und in Strom umzuwandeln. Das heißt, wenn Sie Ihren gesamten Körper mit thermoelektrischen Generatoren bedecken, würden Sie nur 0,5 Watt Strom produzieren [Quelle:

Dennoch werden wir diese Leistung wahrscheinlich im Laufe der Zeit verbessern und gleichzeitig elektronische Geräte entwickeln, die Energie viel effizienter nutzen als die Geräte von heute. Forscher arbeiten beispielsweise bereits daran, äußerst energieeffiziente medizinische Sensoren zu entwickeln, die die Körperwärme eines Patienten abführen könnten. Aber der wirkliche Vorteil von Powerfilz kann darin bestehen, dass er verwendet wird, um die von unseren Maschinen verschwendete Wärmeenergie einzufangen. Jüngste Untersuchungen am Massachusetts Institute of Technology deuten beispielsweise darauf hin, dass wir durch die Nutzung der Abwärme von Laptops und Mobiltelefonen in der Lage sein könnten, deren Akkulaufzeit zu verdoppeln. Das Auskleiden von Automotoren und den Innenwänden und Rohren von Kraftwerken mit Kraftfilz könnte eine enorme Stromversorgung liefern, von der wir nicht einmal wussten, dass wir sie hatten [Quelle: Chandler].

Ich bin ein großer Fan von dystopischer Science-Fiction, und der Film „Matrix“ von 1999, der erste Teil der Trilogie der Wachowskis, ist einer meiner Favoriten. Aber für mich ist die Matrix eher eine Metapher für unsere gegenwärtige Fixierung in jedem wachen Moment auf synthetische Unterhaltungserlebnisse, die durch Videospiele und Streaming-Videos im Internet geschaffen wurden, als eine Blaupause für eine tatsächliche Zukunft. (In diesem Sinne könnte man eine Parallele zu George Orwells Roman „Nineteen Eighty-Four“ ziehen, von dem einige sagen, dass er wirklich eine Warnung vor totalitären Tendenzen war, die der Autor unter der konstitutionellen Demokratie Englands nach dem Zweiten Weltkrieg lauern sah.) Wenn wir nicht einige wirklich erstaunliche technologische Durchbrüche erzielen, die die Gesetze der Physik außer Kraft setzen, wie wir sie jetzt verstehen, Ein Computernetzwerk, das durch das Absaugen von Energie aus komatösen Menschen betrieben wird, ist nur eine Fantasie. Für eine Science-Channel-Geschichte habe ich zum Beispiel einmal berechnet, dass, wenn es möglich wäre, 1,3 Mikrowatt Energie von jeder Person auf dem Planeten zu ernten, dies nur ausreichen würde, um eine Reihe von Lautsprechern für ein High-End-Heimkino zu betreiben System.

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Quellen