Forscher gewinnen Strom aus in Wasser getränktem Holz
"Der große Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass das Holz, sobald es als Energiequelle erschöpft ist, ohne weiteres für andere Zwecke verwendet werden kann"
Wasser und Holz könnten eines Tages alles sein, was man braucht, um einen Haushalt mit Strom zu versorgen. In einer Zeit, in der Energie für viele Millionen Menschen weltweit ein kritisches Thema ist, ist es Wissenschaftlern in Schweden gelungen, mit Hilfe dieser beiden erneuerbaren Ressourcen Strom zu erzeugen.
Hochporöses nanotechnisches Holz für die Nutzung von Wasserkraft wurde durch eine einstufige chemische Behandlung hergestellt, indem natives Holz (NW) 48 Stunden lang bei -6 °C in ein Wasser/NaOH-Gemisch getaucht wurde.
Yuanyuan Li
Schematische Darstellung der Entstehung von Holzstromerzeugern. Die linke Seite zeigt die natürliche Wasseraufnahme und Transpiration von Holz und seine hierarchische Struktur. Ausgehend vom nativen Holz wird die einstufige Behandlung gezeigt, die zu Holz mit ausgefällten nanofibrillierten Netzwerken innerhalb des Lumens und seinem Reichtum an funktionellen Gruppen führt. Der endgültige hydrovoltaische Energiewandler wird in Betrieb gezeigt. Der blaue Pfeil steht für die Wasseraufnahme und der rote Pfeil für die Wasserverdunstung. Die roten Punkte stellen Wassermoleküle dar.
Yuanyuan Li
Symbolbild
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Die Methode, über die Forscher der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials berichten, basiert auf dem natürlichen Prozess, der abläuft, wenn Holz in Wasser gelegt wird und das Wasser verdunstet. Die Transpiration, ein Prozess, bei dem Wasser durch eine Pflanze fließt, findet in der Natur ständig statt. Dabei werden kleine Mengen an Elektrizität, die so genannte Bioelektrizität, erzeugt.
Yuanyuan Li, Assistenzprofessor in der Abteilung für Biokomposite an der KTH, sagt, dass mit etwas Nano-Engineering des Holzes und der Abstimmung des pH-Werts nun kleine, aber vielversprechende Mengen an Strom gewonnen werden können.
"Im Moment können wir kleine Geräte wie eine LED-Lampe oder einen Taschenrechner betreiben", sagt Li. "Wenn wir einen Laptop mit Strom versorgen wollten, bräuchten wir etwa einen Quadratmeter Holz von etwa einem Zentimeter Dicke und etwa 2 Liter Wasser."
"Für einen normalen Haushalt bräuchten wir viel mehr Material und Wasser als das, also ist weitere Forschung nötig."
Indem sie die nanoskalige Zusammensetzung des Holzes veränderten, verbesserten die Forscher seine Eigenschaften in Bezug auf die Oberfläche, die Porosität (oder Dichte), die Oberflächenladung, die Wasserdurchlässigkeit des Materials und die Wasserlösung selbst - alles Faktoren, die die Stromerzeugung in Holz beeinflussen.
"Wir haben die poröse Struktur von normalem Holz mit dem Material verglichen, das wir in Bezug auf Oberfläche, Porosität, Oberflächenladung und Wassertransport verbessert haben. Unsere Messungen ergaben eine 10-mal höhere Stromerzeugung als bei natürlichem Holz", sagt Li.
Sie sagt, dass eine weitere Abstimmung des pH-Unterschieds zwischen Holz und Wasser aufgrund eines Ionenkonzentrationsgefälles ein Potenzial von bis zu 1 Volt und eine beachtliche Leistung von 1,35 Mikrowatt pro Quadratzentimeter ergibt.
Li sagt, dass das Holz bisher etwa 2 bis 3 Stunden lang eine hohe Spannung liefern kann, bevor sie nachlässt. Bisher hat das Holz 10 Zyklen mit Wasser überstanden, ohne dass die Leistung des Materials nachgelassen hat, sagt sie.
"Der große Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass das Holz, sobald es als Energiequelle erschöpft ist, ohne weiteres für andere Zwecke verwendet werden kann, z. B. für Transparentpapier, Schaumstoff auf Holzbasis und verschiedene Biokomposite.
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