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Nanotechnologie: Strom aus dem Hamsterrad

Nanotechnologie ermöglicht es jetzt, elektrische Energie aus den Bewegungen eines Hamsters zu gewinnen. Einen entsprechenden Generator haben Forscher um Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology gebaut. Mit der comichaften Vorstellung eines Hamsters, der mit seinem Laufrad einen Dynamo antreibt, haben die Experimente Wangs allerdings wenig gemein: Bei ihnen trägt der Hamster ein Jäckchen, das während seiner Sprints im Laufrad Strom produziert.



Hintergrund der Neuentwicklung ist der Plan, mit Hilfe winziger Bauteile die Energie nutzbar zu machen, die durch Muskel-, Wind- oder andere Bewegung erzeugende Kraftquellen ohnehin anfällt. Tatsächlich gelang es den Wissenschaftlern auch, denselben Generator allein durch wiederholtes Einknicken eines Fingers anzutreiben. Bislang seien Forscher immer an der Unbeständigkeit und dem mangelnden Rhythmus solcher natürlich auftretenden Bewegungen gescheitert, erläutert Wang.

In Zukunft könnte das Gerät Nano-Apparate wie Sensoren oder Pumpen antreiben. Deren Entwicklung schreite laut Wang immer weiter voran, ohne dass das Energieproblem gelöst sei. Bei implantierten Vorrichtungen etwa müssten die Batterien operativ gewechselt werden. Sein Generator könnte in Zukunft in Kleidungstücken stecken, auf Oberflächen aus Wind und Wellen Energie gewinnen oder direkt unter die Haut gebracht werden. Mit rund einem Nanowatt (einem Milliardstel Watt) sei die Leistung seiner Erfindung allerdings noch zu gering für eine praktische Anwendung. Ab einem Microwatt wären laut Wang sinnvolle Bereiche erreicht.

Trotzdem ist der neue Mikro-Stromerzeuger ein erster Schritt in Richtung Praxistauglichkeit eines seit 2005 verfolgten Prinzips, das sich die piezoelektrische Eigenschaft von Zinkoxid zunutze macht: Werden kleine Stäbchen aus diesem Material verformt, entsteht elektrische Spannung. Für ihren Generator befestigten die Forscher jetzt mehrere dieser Fäden an einem flexiblen Plastikplättchen, dessen Biegung sich auf sie überträgt.

Forscher Wang hält Kristalle aus Zinkoxid in vielerlei Hinsicht für die "besseren Kohlenstoff-Nanoröhrchen". Gemeinhin gelten diese dünnwandigen Rohre aus reinem Kohlenstoff als viel versprechende Alleskönner in der Nanotechnologie. Ihre Eigenschaften ließen sich bei der Herstellung allerdings weniger gut kontrollieren als die von Zinkoxid-Kristallen, die nicht nur Stäbchen, sondern auch Ringe, Spiralen oder wendelförmige Strukturen ausbilden können. Neben ihrer piezoelektrischen Eigenschaft dienen sie außerdem als Halbleiter.(jd)

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  • Quellen
Lu, M.-P. et al.: Piezoelectric Nanogenerator Using p-Type ZnO Nanowire Arrays. In: Nano Letters 10.1021/nl900115y, 2009.

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