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Sonntag, 28.08.2016
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"Bio-Akku" nutzt Schweiß als Stromquelle

Beschichtetes Klebetattoo könnte beim Sport Strom für kleine Geräte liefern

Skurrile Erfindung: US-Forscher haben einen Akku entwickelt, der Strom aus unserem Schweiß gewinnt. Er besteht aus einem kleinen, mit einem Sensor und einem Enzym beschichteten Klebetattoo. Das Enzym setzt Elektronen aus dem im Schweiß enthaltenen Laktat frei und erzeugt so elektrischen Strom. Noch reicht dieser nicht aus, um ein Gerät zu laden, aber die Forscher sind zuversichtlich, ihre Technik noch ausbauen zu können.

Wie aus Laktat im Schweiß Strom gewonnen werden kann

Eigentlich wollten Wenzhao Jia von der University of California in San Diego und seine Kollegen nur einen Sensor entwickeln, der den Laktatwert bei Sportlern misst, ohne dass dafür Blut abgenommen werden muss. Das Salz der Milchsäure ist ein Maß dafür, wie stark sich der Muskel anstrengen muss. Deshalb werden Laktatwerte bei Athleten, aber auch für medizinische Untersuchungen bei Belastungstests gemessen.

Die Idee der Forscher: Das Laktat nicht im Blut, sondern im Schweiß nachzuweisen – denn auch dort wird es beim Sport freigesetzt. Dafür entwickelten sie einen chemischen Sensor in Form eines selbstklebenden, beschichteten Trägermaterials– eine Art Klebetattoo. Auf diesem befindet sich ein Enzym, das mit dem Laktat reagiert und diesem dabei Elektronen"klaut", die als Strom abgeleitet werden. Dieser winzige Strom lässt sich messen und gibt an, wie viel Laktat abgegeben wurde.

70 Mikrowatt pro Quadratzentimeter


Das Ganze lässt sich aber auch zu einem Bio-Akku umfunktionieren: Durch kleine Veränderungen an dem Tattoo-Sensor rüsteten Jia und seine Kollegen ihn so um, dass er möglichst viele Elektronen aus der Laktatreaktion gewinnt. "Bisher können wir damit theoretisch ein Maximum von 70 Mikrowatt pro Quadratzentimeter erzeugen", erklärt Jia. Allerdings waren die Elektroden ihrer Prototypen nur zwei bis drei Millimeter groß und damit viel zu klein, um schon diese Leistung zu bringen. Sie erzeugten gerade einmal vier Mikrowatt – selbst eine Uhr benötigt zehn Mikrowatt.


Ein winziges Klebetattoo misst Laktat und erzeugt gleichzeitig Strom

Ein winziges Klebetattoo misst Laktat und erzeugt gleichzeitig Strom

Doch mit etwas größeren Biobatterie-Pflastern und weiteren Optimierungen wollen die Forscher ihr Prinzip schon bald so verbessern, dass mit solchen Schweiß-Akkus künftig kleinere Geräte geladen werden können. "Solche auf der Haut getragenen Biosensoren und Biobatterien bieten vielversprechende Möglichkeiten für sportliche, militärische und biomedizinische Anwendungen", so Jia und seine Kollegen. Die Vorteile gegenüber herkömmlichen Akkus lägen auf der Hand: Diese Akkus nutzen eine erneuerbare Energiequelle, wären immer dabei und enthalten keinerlei giftige Chemikalien.

Ausbeute bei Unsportlichen größer


Einen kleinen Haken gibt es dabei allerdings: Nicht jeder Mensch erzeugt beim Schwitzen gleich viel Strom mit der Biobatterie, wie sich beim Test des Prototypen herausstellte. Die Probanden, die extrem sportlich waren und normalerweise mehr als dreimal die Woche trainierten, produzierten kaum Strom. Die Biobatterien an den eher unsportlichen Teilnehmern dagegen erreichten die höchsten Leistungen.

Der Grund für diese Unterschiede: Der Abbau von Zucker zu Laktat im Muskelgewebe findet erst dann statt, wenn der Muskel bereits ermüdet ist. Bei den Untrainierten fand sich daher schon früher und mehr Laktat im Schweiß als bei ihren sportlichen Kollegen, wie die Forscher erklären. In diesem speziellen Fall gilt daher ausnahmsweise: Je unsportlicher, desto besser - zumindest wenn es um die Stromausbeute der Biobatterie geht.
(American Chemical Society, 14.08.2014 - NPO)
 
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