Smart Home: Mit diesen Fliesen erzeugt jeder Schritt Strom

Smart Home: Mit diesen Fliesen erzeugt jeder Schritt Strom

Forscher und Forscherinnen arbeiten an einem Holzbodenbelag, der bei jedem Schritt Strom erzeugt. Gelingt so ein autarkes Smart Home?

Wissenschaftler:innen der ETH Zürich und der schweizerischen WoodTec Group wollen die Energieeffizienz von Gebäuden erhöhen, indem sie mechanische Energie der Bewohner:innen in nutzbare Elektrizität umwandeln. Gelingen soll das mit speziell bearbeiteten Holzfliesen, die mit jedem Schritt Strom erzeugen.

Ist Holz der elektrische Leiter im Smart Home der Zukunft?

Den Forschenden gelang es, einen Energie-sammelnden Boden zu entwickeln, der künftig in smarten Gebäuden eingesetzt werden könnte. Die Forscher haben sich für Holz als Ausgangsmaterial entschieden, da es sich um ein modernes, erneuerbares und nachhaltiges Baumaterial mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften handle.

Holz ist von Natur aus allerdings ein schlechter Leiter. In trockenem Zustand nimmt es Elektronen weder auf, noch gibt es sie ab. Auch an Leistung bei der Reibungselektrizität fehlt es dem Material. Es entsteht also kaum elektrische Aufladung bei Kontakt mit einem anderen Material. Genau diesen Effekt wollen die Forschenden jedoch ausnutzen.

Triboelektrischer Effekt als Stromerzeuger

Der sogenannte triboelektrische Effekt der Reibungselektrizität ähnelt der statischen Elektrizität, die entsteht, wenn man Haar an Wolle reibt. Um das zu erreichen, wurde das Holz speziell behandelt. Die Forschenden beschichteten dazu ein dünnes Fichtenholzstück unterseitig mit Silikon (PDMS) und ein weiteres oberseitig mit metallischen Nanokristallen (ZIF-8).

So werden die verschiedenen Materialien zusammengefügt, um eine Strom erzeugende Holz-Fliese zu erhalten.

So werden die verschiedenen Materialien für eine Strom-erzeugende Holzfliese zusammengefügt. | Bild: ETH Zürich

Anschließend wurden beide Teile wie ein Sandwich in folgender Reihenfolge zusammengelegt: Elektrode, Holz, ZIF-8, PDMS, Holz, Elektrode. Schritte sorgen also für Reibung zwischen den Materialien. Die entstehende Energie wird über die Elektroden in ein Gerät abgeleitet, das so mit Strom versorgt wird.

Im Vergleich zu unbehandeltem Holz stieg die Fähigkeit, Strom zu erzeugen, um das Achtzigfache an und hielt für bis zu 1.500 Zyklen. Erzeugt wird der Strom aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Ladung zwischen den Materialien.

Wie viel Leistung erreicht der Strom erzeugende Bodenbelag?

Erreicht wurde eine Leistung von bis zu 80 Volt und eine Stromstärke von einem Mikroampere. Ein paar Schritte auf diesem Belag könnten also eine Glühbirne in Betrieb halten. Wird ein ganzes Haus damit bestückt, könnte ein Teil der verbrauchten Energie nur mit den Schritten während der täglichen Hausarbeit gewonnen werden.

Video: ETH Zürich

Laut den Forschenden kann die Ausgangsleistung mit größeren Elementen erhöht werden. Damit wäre der Betrieb von LED-Lampen oder Taschenrechnern möglich.

Als interessanten Einsatzzweck führen die Wissenschaftler:innen die Versorgung von elektrochromen Fenstern im Smart Home an. Die regulieren die Durchlässigkeit von Sonnenlicht und senken so den Energieverbrauch für die Innenbeleuchtung. Betrieben mit der aus den Holzfliesen gewonnenen Energie, würden diese noch effizienter arbeiten.

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