Mensch als Energiequelle für intelligente Geräte der Zukunft

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Tritt auf Spezialmatte erzeugt Energie

Wissenschaftler haben möglicherweise endlich eine Lösung gefunden, um die Energie von Menschen effektiv in elektrische Energie umzuwandeln: Forscher des Institute of Thin Films, Sensors and Imaging (ITFSI) der University of the West of Scotland (UWS) untersuchten die Verwendung eines 3D-Graphenschaumstoffs namens Gii von Integrated Graphene als aktive Schicht in einem Energiegenerator (bekannt als TENG).

Strom – Elektrizität – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify

Die Untersuchung zielte darauf ab, mechanische Energie, die in der Natur verschwendet wird, in elektrische Energie umzuwandeln, die für den Betrieb kleiner elektronischer Geräte und Sensoren auf dem boomenden globalen Markt für Internet of Things (IoT)-Technologien genutzt werden könnte.

Die in ScienceDirect veröffentlichten Forschungsergebnisse zeigen, dass die Kraft eines menschlichen Fußabdrucks auf einer druckempfindlichen Matte, die mit Gii-TENG-Sensoren ausgestattet ist, genug Energie erzeugen kann, um Personen, die einen Raum betreten oder verlassen, anonym zu identifizieren. Die Matten bieten nicht nur eine kostengünstige und energieeffiziente Lösung für die Überwachung der Gebäudebelegung, sondern könnten auch zur Optimierung der Energieressourcen beitragen, indem sie beispielsweise die Raumtemperatur beim Betreten oder Verlassen steuern.

Die Ergebnisse dieser Studie sind vor allem für Schulen und Universitäten von Interesse, welche die Technologie einsetzen könnten, um die Messung der Raumbelegung mit einem Belüftungssystem und einem CO2-Monitor zu verknüpfen und so die CO2-Menge zu reduzieren, die nachweislich die Konzentrationsfähigkeit beeinträchtigt.

Mechanische Energie ist eine der reichhaltigsten und vielseitigsten Energiequellen, die in der Natur vorkommen. Seit etwa 20 Jahren werden triboelektrische Nanogeneratoren (TENG) als Technik zur Umwandlung mechanischer Energie aus unseren täglichen Handlungen in nutzbare elektrische Energie erforscht, die sowohl kleine elektronische IoT-Geräte und Sensoren als auch energieintensivere Geräte wie Elektroautos und Drohnen antreiben kann.

Die Bemühungen um die Entwicklung eines kommerziell nutzbaren TENG wurden jedoch bisher durch Probleme im Zusammenhang mit der geringen Haltbarkeit, der begrenzten Energieabgabe und der Ineffizienz behindert. Die Hinzufügung von Gii zu TENG hat aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften, einschließlich der großen Oberfläche, der Porosität, des geringen Gewichts und der hervorragenden elektrischen Eigenschaften, eine völlig neue Welt der Möglichkeiten eröffnet. Die energieautonome, druckempfindliche Natur von Gii-TENG hat das Potenzial, verschiedene Aspekte unseres Lebensstils, unserer Gesellschaft und unserer Wirtschaft zu verändern, wie zum Beispiel

  • Gewinnung von Energie aus Sportarten wie Golf, Laufen und Tennis, um intelligente Geräte zu betreiben, die Leistungsdaten erzeugen
  • Selbstversorgte, tragbare Biosensoren für die Frühdiagnose von Krankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Gicht und Diabetes
  • Nutzung der Energie von Autos und Fußgängern für den Aufbau intelligenter Städte
  • Eine intelligente Energielösung für die Industrie 4.0
    Verlängerung der Schwebezeit von Drohnen, um den Transport von Paketen – und in Zukunft sogar von Menschen – über längere Strecken und längere Zeiten zu ermöglichen.

Marco Caffio, CSO von Integrated Graphene, sagte: „Die Möglichkeiten von Gii-TENG sind endlos und haben das Potenzial, die Grenzen der Technologie über die menschlichen Erwartungen hinaus zu erweitern. Da die Zahl der weltweit vernetzten IoT-Geräte bis 2030 voraussichtlich 100 Milliarden erreichen wird, besteht ein klarer Bedarf an neuen nachhaltigen Energiequellen und Technologien, die den Energiebedarf decken können, der sich aus unserer Abhängigkeit von der Technologie für Arbeit, Leben und Spiel ergibt. Unsere Gii-TENG-Plattform könnte möglicherweise den ständigen Austausch von Batterien in Billionen von Geräten verhindern und die Verwendung von Kabeln reduzieren, so dass die IoT-Technologie der nahen Zukunft drahtlos und energieautark sein wird. Wir sind von ihrem Potenzial begeistert und glauben, dass sie eine Schlüsselrolle auf dem Weg der Gesellschaft zu einer intelligenten Welt spielen könnte“.

Dr. Carlos Garcia Nuñez, Dozent an der School of Computing, Engineering and Physical Sciences (CEPS) der UWS, sagte: „Wir sind sehr erfreut über diese Ergebnisse. Durch unsere Arbeit mit Integrated Graphene haben wir bewiesen, dass die Verwendung von Gii-Material – einer fortschrittlichen Art von dreidimensionalem Graphenschaum (3DG) – als aktive Schicht in triboelektrischen Nanogeneratoren (TENGs) als zuverlässige und kostengünstige Energiequelle für autonome Sensoren und Elektronik funktionieren kann. Diese Entdeckung birgt ein enormes Potenzial für die boomende globale Internet-of-Things (IoT)-Industrie. Angesichts des weltweiten Bedarfs an alternativen grünen Energiequellen können Gii-TENGs potenziell eine nachhaltige Energiequelle für die Vielzahl kleiner elektronischer Geräte darstellen, die wir in unserem täglichen Leben verwenden. Damit kommen wir der Verwirklichung einer grüneren und energiereicheren Zukunft einen Schritt näher.“

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