Ein Forscherteam hat eine geniale Möglichkeit entdeckt, fallende Wassertropfen, etwa aus Regen, in nutzbaren Strom umzuwandeln. Indem sie Tröpfchen in schmale vertikale Röhren leiteten, um eine „Schubströmung“ zu erzeugen, konnten sie Ladungen trennen und Energie mit überraschender Effizienz gewinnen. Dieses einfache Gerät überwindet nicht nur die Ineffizienzen herkömmlicher Ladungstrennungsmethoden, sondern erzeugt auch genug Strom, um 12 LEDs zum Leuchten zu bringen.
Das innovative System hat Potenzial für Anwendungen auf Dächern und in städtischen Umgebungen und bietet eine nachhaltige und kostengünstige Alternative zur Stromerzeugung aus Wasserkraft.
Wenn zwei Materialien in Kontakt kommen, werden Ladungen auf ihren Oberflächen übertragen – ein häufiges Beispiel ist die statische Elektrizität, die entsteht, wenn ein Ballon an der Haut reibt. Wenn Wasser über bestimmte Oberflächen fließt, nimmt es ebenfalls elektrische Ladung auf oder verliert es. Nun haben Forscher, die heute (16. April) in ACS Central Science berichten, diesen Effekt genutzt, um Strom aus Regentropfen zu erzeugen, die durch dünne Röhren fließen. Das System erzeugt genug Strom, um 12 LED-Leuchten zum Leuchten zu bringen.
„Wasser, das durch vertikale Rohre fällt, kann durch ein bestimmtes Wasserströmungsmuster, das sogenannte Push-Flow, große Mengen elektrischer Energie erzeugen“, sagte Siowling Soh, korrespondierender Autor der Studie. „Dieses Push-Flow-Modell kann Regenenergie auffangen und daraus sauberen, erneuerbaren Strom erzeugen.“
Wie in diesen Abbildungen und Bildern gezeigt, fließt Wasser in kurzen Stößen oder Pfropfen durch ein dünnes, mit Polymer beschichtetes Rohr, um Strom zu erzeugen. Bildquelle: Angepasst von ACS Central Science 2025, DOI: 10.1021/acscentsci.4c02110
Bei der herkömmlichen Wasserkraft werden große Wassermengen bewegt, um Turbinen anzutreiben. Dies funktioniert jedoch nur an Orten mit viel Wasser, beispielsweise an Flüssen. Für kleinere, langsamere Ströme untersuchten die Forscher eine Alternative: Ladungstrennung. Wenn Wasser durch einen Kanal mit leitfähiger Oberfläche fließt, entsteht Strom. Allerdings ist diese Methode äußerst ineffizient, da sich die Ladung nur an der Oberfläche ansammelt, wo das Wasser in Kontakt kommt.
Um die Effizienz zu verbessern, haben Wissenschaftler versucht, Kanäle im Mikro- und Nanobereich zu nutzen, um die Oberfläche zu vergrößern. Diese Kanäle sind jedoch zu klein, als dass Wasser problemlos hindurchfließen könnte – und das Pumpen von Wasser durch sie erfordert mehr Energie, als das System produzieren kann. Um dieses Problem zu lösen, suchten Soh, Chi Kit Ao und ihr Team nach einer Möglichkeit, Strom mithilfe größerer Kanäle zu erzeugen, die einen natürlichen Durchfluss des Regenwassers ermöglichen.
Das Team entwarf ein einfaches Gerät, bei dem Wasser vom Boden eines Turms durch eine Metallnadel fließt und regentropfengroße Tröpfchen in eine Öffnung in einem 12 Zoll hohen (32 Zentimeter) und 2 Millimeter breiten vertikalen Polymerrohr sprüht. Die Wassertropfen kollidieren frontal am oberen Ende des Rohrs und erzeugen eine Pfropfenströmung: eine kurze Wassersäule, die mit Luftblasen gefüllt ist. Wenn Wasser durch das Rohr fließt, trennen sich die Ladungen. Das Wasser wird dann in einem Becher unter dem Rohr aufgefangen. Elektrische Energie wird durch Drähte gesammelt, die oben auf den Rohren und in den Bechern angebracht sind.
Das Push-Flow-System wandelt mehr als 10 % der Energie des durch das Rohr fließenden Wassers in elektrische Energie um. Im Vergleich zum kontinuierlichen Wasserfluss ist die durch den Druckfluss erzeugte elektrische Energie um 5 Größenordnungen höher. Da die getesteten Tropfengeschwindigkeiten viel geringer waren als die von Regen, glauben die Forscher, dass das System zur Stromgewinnung aus fallenden Regentropfen genutzt werden könnte.
In einem anderen Experiment beobachteten die Forscher, dass sich die erzeugte Energiemenge verdoppelte, wenn Wasser gleichzeitig oder nacheinander durch zwei Rohre floss. Mithilfe dieser Informationen ließen sie Wasser durch vier Rohre fließen und das Gerät versorgte zwölf LED-Leuchten 20 Sekunden lang kontinuierlich mit Strom. Forscher sagen, dass Push-Flow-Energie einfacher zu installieren und zu warten sein könnte als Wasserkraftwerke und auch für städtische Räume wie Dächer praktisch sein könnte.
Zusammengestellt von /ScitechDaily