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Energiewende-on-a-Chip 1 : Der (fast) perfekte grüne Treibstoff

Die Schaufelräder des Verdunstungsmaschinchens „Moisture Mill“ werden Installiert. Bild: Joe Turner Lin

Man nehme Bazillen, Papier und Dampf. Daraus zaubert die „Moisture Mill“ einen Antrieb für Motoren. Sie nutzt die Verdunstung von Wasser zur Stromerzeugung.

          Erneuerbar, sauber und umweltfreundlich sind die Erwartungen, die man in künftige Energiequellen setzt. Einen Antriebsmechanismus für Motoren, der zumindest im Labor und damit im kleinsten Maßstab all diese Anforderungen in vorbildlicher Weise zu erfüllen vermag, haben Wissenschaftler von der Columbia University in New York ersonnen.

          Wirkungsweise der künstlichen Muskeln des Verdunstungsmaschinchens: Bei Feuchtigkeit dehnen sie sich (links), bei Trockenheit ziehen sie sich zusammen.
          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Die Forscher um Ozgur Sahin nutzen als Energiequelle die Verdunstung von Wasser, also den Prozess, bei dem Wasser vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht. Damit ist es ihnen gelungen, ein Schwungrad sowie ein Spielzeugauto anzutreiben und sogar eine Lampe zum Leuchten zu bringen.

          Verdunstung und Kondensation von Wasser sind natürliche Prozesse, die unter anderem das Klimasystem am Laufen halten. Hierbei werden ständig gewaltige Mengen an Energie umgesetzt. Dass bei der Verdunstung Energie umgewandelt wird, kann jeder sofort nach einem kühlenden Bad oder einer schweißtreibenden Tätigkeit spüren. Wenn Wasser oder Schweiß auf der Haut verdampft, wird dem Körper Wärme entzogen, und die Haut kühlt ab. So ist es eigentlich verwunderlich, dass die Verdunstung von Wasser als Energiequelle zum Antrieb von Motoren oder zur Stromgewinnung bisher kaum Beachtung gefunden hat. Diese Lücke haben nun Sahin und seine Kollegen mit ihren Versuchen offenkundig geschlossen, wie sie in der Zeitschrift „Nature Communications“berichten.

          Verdungstungsmaschinchen: Die beweglichen Klappen öffnen sich, wenn die Feuchtigkeit in der Apparatur einen Schwellenwert erreicht hat. Sinkt die Feuchtigkeit, schließen sich Klappen.

          Die Wissenschaftler haben allerdings den Verdunstungsprozess als Energiequelle nicht direkt angezapft, sondern bedienten sich Sporen der Bakterienart Bacillus subtilis, eines weitverbreiteten und ungefährlichen stäbchenförmigen Mikroorganismus. Bei Trockenheit schrumpfen die Bakterien und formen starre Sporen. Steigt der Wassergehalt der Umgebung an, absorbieren die Organismen Feuchtigkeit und vergrößern ihr Volumen um bis zu 40 Prozent. Im vergangenen Jahr hatten Sahin und seine Kollegen herausgefunden, dass man Bacillus-Sporen, die man abwechselnd einer trockenen und einer feuchten Umgebung aussetzt, mechanische Kräfte entwickeln können, mit denen sich kleinere Objekte ziehen und anschieben lassen. Diese Beobachtung brachte die Wissenschaftler auf die Idee, aus den Bakterien künstliche Muskeln zu erschaffen und mit deren Kraft mechanische Apparate anzutreiben.

          Feuchtigkeit steuert Muskeln an

          Zum Bau der Muskeln beschichteten die Forscher die beiden Seiten von wasserabweisenden Kunststoffstreifen mit unzähligen Sporen. Das Prinzip der Aktoren ist einfach: Im trockenen Milieu schrumpfen die Bakterien, und die Folie wellt oder krümmt sich. Setzt man die Sporen Feuchtigkeit aus, absorbieren sie Wasserteilchen. Die Streifen glätten sich und werden dadurch länger. Die Forscher bündelten Dutzende dieser beschichteten Streifen und erhielten so recht robuste künstliche Muskeln. Deren Längen, vergrößerte sich innerhalb von Sekunden bis um das Vierfache, sobald man den Feuchtigkeitsgrad der umgebenden Luft von unter 30 Prozent auf 80 Prozent erhöhte.

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