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Schwedische Forscher erzeugen Strom mit nassem Holz
Schwedische Forscher haben sich einen Prozess in der Natur zu Nutze gemacht, um mit Holz Strom für den Betrieb von LEDS und kleinen Geräten zu gewinnen. Möglich macht es ein natürlicher Vorgang, bei dem Wasser durch Pflanzen fliesst und verdunstet.
Quelle: Jonas Garemark
Ganz links ist natürliches Holz zu sehen. Die drei Holzstücke auf der rechten Seite wurden verschiedenen Behandlungen unterzogen, die zu einer grösseren Oberfläche und kleineren Poren führen, was einen schnellen Wassertransport durch das Material ermöglicht.
Als Transpiration wird ein Vorgang bei Pflanzen bezeichnet, bei dem Wasser durch sie hindurchfliesst und verdunstet, heisst es in einer Mitteilung des KTH Royal Institutes of Technology in Stockholm. Dabei wird auf natürliche Art und Weise eine kleine Menge an Bioelektrizität erzeugt – auch bei nassem Holz, das trocknet. Genau auf diesen Prozess konzentrierten sich Ingenieure am KTH.
Bisherige Versuche, um diese Energie aufzufangen und nutzen zu können, scheiterten bislang an der geringen Energiedichte. Denn die Stromerzeugung in Holz wird von mehreren Faktoren beeinflusst. Beispielsweise durch die Fläche, die Porosität (Dichte), die Oberflächenladung, die Wasserdurchlässigkeit des Materials oder auch durch die Wasserlösung selbst.
Nanotechnik verbessert Holz-Eigenschaften
Die KTH-Ingenieure versuchten, dieses Problem durch eine Umgestaltung der Zellwände des Holzes zu lösen. Vor diesem Hintergrund gelang es dem Team, durch eine neuartige Behandlung mit Natriumhydroxid, hochporöse Versionen mit grösserer Oberfläche und höherer Wasserdurchlässigkeit der Zellwände herzustellen.
Das wiederum führte zu einer grösseren Oberflächenladung und einem besseren Wassertransport durch das Material, wodurch dessen Fähigkeit zur Stromerzeugung verbessert wurde. Durch die Feinabstimmung des ph-Wertes des Holzes konnte der Energieertrag zudem noch weiter gesteigert werden.
«Wir haben die poröse Struktur von normalem Holz mit dem von uns verbesserten Material in Bezug auf Oberfläche, Porosität, Oberflächenladung und Wassertransport verglichen», erklärt Yuanyuan Li, Professor im Departement für Biokomposite an der KTH, in der Mitteilung. Dabei konnte das Team eine Stromerzeugung messen, die zehnmal höher ist, als bei natürlichem Holz.
Holz kann weiterverwendet werden
In seiner jetzigen Form kann der Holzwerkstoff 1 Volt und eine Leistung von 1,35 Mikrowatt pro Quadratzentimeter liefern. Zudem kann es zwei bis drei Stunden auf diesem Niveau arbeiten und zehn Wasserzyklen überstehen, bevor die Leistung nachlässt. Mit dem gewonnenen Strom konnte das Team bislang kleine Geräte wie eine LED-Lampe oder einen Taschenrechner betreiben.
Um auch einen Laptop mit genügend Strom versorgen zu können, bräuchte es gemäss Li etwa einen Quadratmeter Holz mit einer Dicke von einem Zentimeter und rund zwei Liter Wasser. Um den Energieertrag noch weiter zu steigern, ist noch viel Forschungsarbeit nötig. Die Wissenschaftler sehen aber bereits jetzt grosses Potenzial in der Stromerzeugung mit 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. Zum Beispiel für Transparentpapier, Schaumstoffe auf Holzbasis und verschiedene Biokomposite», so Li. (mgt/pb)
Die Arbeit wurde kürzlich im Fachmagazin «Advanced Functional Materials» publiziert.