Baum im Wind: Ein Generator-Vorbild.
Columbus – Forscher an der Ohio State University haben gezeigt, dass mechanische «Bäume» durch ihr Wiegen im Wind Strom erzeugen können. Derartige elektromechanische Generatoren könnten so auch die kinetische Energie diverser anderer Schwingungen, beispielsweise die einer Brücke mit darüber fahrenden Autos, zur Stromgewinnung nutzen. Das macht dieses Energieversorgungskonzept unter anderem für Sensoren, die den Zustand von Bauwerken, wie eben Brücken, überwachen sollen, interessant.
Blattloser Mini-Baum
Wenn Bäume im Wind hin- und herschwingen, zeigt das, wie viel ungenutzte kinetische Energie im Wind steckt. Ähnliches gilt für viele andere Phänomene. «Gebäude bewegen sich ganz leicht im Wind, Brücken schwingen, wenn wir darüberfahren, und Stossfedern absorbieren Bodenwellen», erklärt Ryan Harne, Professor für Maschinen- und Luftfahrttechnik an der Ohio State. Sein Team hat festgestellt, dass sich all diese Schwingungen zur Stromerzeugung mithilfe baumähnlicher Strukturen eignen, obwohl sie sehr unregelmässig ausfallen.
Die Idee, mit mechanischen Bäumen Strom zu erzeugen, scheint zwar naheliegend. Doch die meisten Schwingungen in der realen Welt sind zufällig und eher chaotisch und daher nicht wirklich gut geeignet, um mithilfe sehr regelmässiger Schwingungen Strom zu erzeugen. Doch Harne hat festgestellt, dass richtig aufgebaute mechanische Bäume – nur ein Stamm mit Ästen, aber ohne Blätter – aufgrund interner Resonanz eine gleichmässige Schwingung grosser Amplitude aufrechterhalten – egal, wie zufällig die äusseren Signale sind. Das ist ideal für die Stromerzeugung.
Machbarkeit bewiesen
Zum Nachweis hat Harnes Team für Tests einen Baum mit nur einem Ast gebaut und dann hochfrequenten Erschütterungen ausgesetzt. Wenn diese zufällige Elemente aufwiesen, begann der Baum irgendwann gleichmässig bei niedriger Frequenz zu schwingen. Die Ausgangsspannung betrug zwar nur rund zwei Volt, doch als Machbarkeitsnachweis reicht das. Zudem brauchen kompakte Geräte wie beispielsweise Sensoren, die die strukturelle Integrität von Gebäuden überwachen, oft keine hohen Spannungen. Die mechanischen Bäume könnten also gerade für Anwendungen auf kleinen Grössenskalen sehr interessant sein. (pte/mc/ps)
